Alla fine degli anni ’70 la teoria della deriva dei continenti cominciò ad essere largamente accettata. Questa teoria, proposta per la prima volta nel 1913 da Alfred Wegener, sostiene che la terra non sia un’immutabile sfera rigida, ma sia formata da numerosi pezzi di roccia, detti placche, che galleggiano sul mantello, ovvero uno strato più interno dove le temperature altissime e le enormi pressioni fondono ogni metallo o minerale che vi si trova, formando di fatto uno strato liquido, seppur estremamente viscoso.

Le placche si trovano così l’una accanto all’altra, in lento, ma costante movimento. Quando si avvicinano e si scontrano, si accavallano l’una sull’altra e formano le montagne, mentre dall’altra parte enormi spaccature, chiamate rift, lasciano risalire il magma dalle profondità terrestri e le placche si allontanano. Nei fondali oceanici queste strutture possono raggiungere i 1500km di lunghezza e altrettanti in altezza, presentandosi come catene montuose di lava raffreddata divise da una profonda valle centrale da dove fuoriescono costantemente calore e materia.

Questi luoghi incredibili non furono raggiunti dall’uomo che nel 1974, ben cinque anni dopo il primo allunaggio, grazie al sommergibile Alvin, un gioiello di tecnologia e innovazione, che fu rivestito in titanio per poter raggiungere i 3,6km di profondità necessari. Fu solo però nel 1979, durante una missione nel sito Clambake I, a 2,7km sotto la superficie del mare, al largo del Messico, che ci si rese conto per la prima volta che queste aree brulicavano di una vita del tutto inaspettata. Nei decenni successivi furono scoperte diverse centinaia di specie animali adattate a vivere in un ambiente completamente buio e dipendenti per la loro sopravvivenza da camini alti fino a 15m, detti fumatori, incrostati di cristalli di metalli quali rame, zinco e persino oro e argento, e contenenti acqua a più di 350°C. Secondo Jean Francheteau, capo della missione, “sembravano collegate direttamente all’inferno”.

La prima domanda che si posero i biologi fu quale fosse la fonte ultima di nutrimento di quell’ecosistema così vasto e complesso: la vita in superficie dipende, in ultima analisi, dalla fotosintesi clorofilliana, ovvero dalla presenza di anidride carbonica e dall’energia fornita dalla luce del Sole. La soluzione a questo enigma fu trovata nei particolarissimi microorganismi simili a batteri che riuscivano a sopravvivere a queste temperature e vivevano in simbiosi con molti degli animali presenti: gli archei.

Questi sono esseri che vivono e prosperano in ogni ambiente estremo. Se ne sono trovati a temperature dai -18°C ai 99°C, in ambienti estremamente acidi o estremamente salati, dove nessun altro essere riesce a vivere. Essi sono sorprendentemente diversi sia dai batteri che dagli eucarioti, gruppo al quale appartengono anche tutti i pluricellulari, e hanno sviluppato vie metaboliche originali che permettono loro di nutrirsi sfruttando fonti di energia diverse dalla luce del sole. Gli archei termofori dei fumatori hanno trovato un modo di produrre carboidrati a partire dall’anidride carbonica (CO2), dall’ossigeno (O2) e dell’acqua (H2O) sfruttando l’energia ottenuta dalla trasformazione dell’acido solfidrico, abbondante in quell’ambiente, in solfato. Questo processo, denominato chemiosintesi, non solo permette loro di sopravvivere in ambienti bui, ma è anche possibile svolgerlo a temperature molto alte, mentre la fotosintesi delle piante cessa di funzionare oltre i 75°C.

L’esistenza degli archei è sorprendente e ci porta a porci domande sulla vita e sul suo sviluppo in ambienti estremi e anche su quelli extraterrestri, ma che impatto ha avuto sulla nostra vita quotidiana?

Pochi sanno che, prima dell’avvento dell’ingegneria genetica, l’insulina veniva estratta dal pancreas di maiale. Questa procedura era costosa, poco efficace e poco produttiva. Al giorno d’oggi non sono più i maiali a fornirci questa preziosa proteina, ma i batteri. La sequenza di DNA viene inserita nel corredo genetico di una specie adatta, poi messa in una coltura dove può proliferare al meglio. I batteri ottengono così la sequenza per produrre l’insulina, ma si tratta di una proteina che a loro non è utile, quindi semplicemente la espellono. A quel punto basta prelevare il liquido di coltura, isolare e purificare il prodotto per ottenerne grandi dosi in maniera economica e sicura.

Gli archei svolgono un ruolo fondamentale, ma non banale in questa procedura, grazie a un’invenzione ormai ubiquitaria nei laboratori di genetica, che è valsa a Kary B. Mullis il nobel per la chimica nel 1983: la PCR.

PCR è una sigla che sta per reazione a catena della polimerasi, un metodo semplice ed efficace per duplicare frammenti di DNA in modo esponenziale. La polimerasi è un enzima che, dato un filamento singolo di DNA, assembla il suo complementare, dando origine a un filamento doppio, come quello che normalmente è presente nelle cellule. Nella PCR pochi filamenti vengono prima riscaldati per farli dividere, poi raffreddati per dare modo alla polimerasi di agire, poi di nuovo scaldati e così via, fino a ottenere la quantità di DNA necessaria.

La debolezza di questa procedura risiede nella sensibilità della normale polimerasi al calore: assieme alla separazione dei filamenti di DNA avverrebbe anche la denaturazione di questo enzima, e bisognerebbe aggiungerne ad ogni ciclo, rendendo la procedura molto più costosa, lunga e soprattutto non automatizzabile. La soluzione trovata da Mullis fu quella di utilizzare la polimerasi del Thermus aquaticus, una specie di archei isolato nelle bocche di acqua calda del parco nazionale di Yellowstone, negli Stati Uniti.

La duplicazione del DNA è un piccolo passo in un laboratorio di genetica, ma irrinunciabile. Grazie alla PCR e al Thermus aquaticus gli scienziati della polizia scientifica riescono a fare analisi complicate a partire da minuscole tracce trovate sulla scena del delitto, gli OGM sono possibili e ogni giorno milioni di persone possono non solo curarsi con l’insulina, ma anche assumere l’ormone della crescita, l’interferone alfa per combattere cancro e AIDS, il fattore VIII per l’Emofilia A e tante altre sostanze fondamentali.

Come lettura d’approfondimento vi consiglio A qualcuno piace freddo di Gino Segrè (Bollati Borlinghieri, 2005).


L’immagine di copertina è tratta da una foto pubblicata sul sito gdfon.ru del Grand Prismatic Spring nel parco di Yellowstone, negli Stati Uniti (2011). Il colore della sorgente deriva dai microrganismi che vi vivono.

Annunci

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...