Genomic and experimental evidence from Antarctic geothermal sites indicates diverse thermophiles are globally cosmopolitan

Per decenni, gli scienziati hanno sostenuto una specifica visione riguardo alla vita nel calore estremo. Credevano che gli organismi microscopici che prosperano nelle sorgenti termali bollenti e nei suoli vulcanici fossero come abitanti di isole, intrappolati nelle proprie sacche isolate di calore. Poiché questi ambienti sono sparsi in tutto il globo e separati da vaste estensioni di terre fredde e inospitali, si assumeva che i microbi amanti del calore che vivono in essi non potessero viaggiare tra l'uno e l'altro. La teoria prevalente suggeriva che, senza la capacità di formare spore resistenti e dormienti per sopravvivere al viaggio, queste creature sarebbero rimaste bloccate dove erano iniziate, evolvendosi in isolamento. Questa idea aveva senso: se non puoi sopravvivere al freddo, alla siccità o alla dura luce ultravioletta dell'atmosfera aperta, non puoi attraversare un oceano o un continente per trovare una nuova sorgente calda.

Tuttavia, un nuovo studio sfida questa convinzione radicata da tempo osservando i punti caldi più isolati della Terra: i suoli geotermici che circondano i vulcani in Antartide. Questi siti sono circondati da ghiaccio e neve, lontani da altri luoghi caldi, il che li rende il caso di studio perfetto per verificare se la vita amante del calore sia davvero intrappolata. Esaminando le impronte genetiche dei microbi che vivono lì e testando la loro capacità di sopravvivere a condizioni difficili, i ricercatori hanno scoperto che molti di questi organismi non sono affatto residenti locali. Al contrario, sembrano essere viaggiatori globali, capaci di spostarsi attraverso il mondo e stabilirsi in nuovi e distanti suoli caldi, sfidando l'idea che gli amanti del calore estremo siano intrinsecamente bloccati sul posto.

Il team di ricerca, guidato da scienziati della Nuova Zelanda e degli Stati Uniti, si è concentrato su quattro siti geotermici specifici in Antartide, incluso il famoso Monte Erebus, il vulcano attivo più a sud del pianeta. Hanno raccolto campioni di suolo da queste zone calde e hanno utilizzato il sequenziamento genetico avanzato per ricostruire i genomi dei microbi che vi abitano. Hanno poi confrontato questi profili genetici con un enorme database globale di DNA microbico proveniente da altri ambienti caldi in tutto il mondo. I risultati sono stati sorprendenti. Hanno scoperto che quasi due terzi dei microbi amanti del calore di questi isolati siti antartici presentavano corrispondenze genetiche in altre parti del mondo, dalle sorgenti termali degli Stati Uniti ai suoli del Sud America. Ciò suggerisce che questi organismi non sono unici dell'Antartide, ma fanno parte di una popolazione globale diffusa che si sposta tra i continenti.

Per capire come questi minuscoli organismi possano sopravvivere a un viaggio così lungo attraverso l'atmosfera gelida, secca e soleggiata, i ricercatori hanno portato tre di questi microbi antartici in laboratorio. Li hanno sottoposti a condizioni che simulano un viaggio attraverso il cielo: freddo estremo, totale mancanza di cibo, disidratazione e intensa radiazione ultravioletta. I risultati hanno mostrato che questi microbi erano molto più resistenti di quanto previsto. Sebbene la luce ultravioletta sia stata il fattore più dannoso, uccidendo molte cellule, una parte significativa della popolazione è sopravvissuta alle condizioni di gelo e siccità per settimane. Un tipo di microbo, un genere di Geobacillus, è stato persino in grado di formare spore, che hanno agito come uno scudo, permettendogli di resistere alla radiazione più intensa. Gli altri, che non formano spore, sono comunque riusciti a sopravvivere con un'alta resilienza, suggerendo che possiedano la propria armatura biologica, come alti livelli di meccanismi di riparazione del DNA protettivi o pigmenti che li schermano dal sole.

Lo studio ha anche esaminato come questi microbi possano entrare nell'aria, per la prima via. I ricercatori hanno esaminato carote di ghiaccio estratte da un ghiacciaio vicino al Monte Erebus, cercando strati di cenere vulcanica, nota come tefra, che vengono depositati durante le eruzioni. Hanno scoperto che questi strati di cenere erano ricchi di microbi amanti del calore, inclusi molti che non erano presenti nel ghiaccio circostante. Ciò indica che quando un vulcano erompe, agisce come un gigantesco ascensore, proiettando suolo e microbi in alto nell'atmosfera, dove possono prendere il vento e viaggiare per grandi distanze. Inoltre, il team ha raccolto campoli d'aria direttamente dai suoli caldi del Monte Erebus e ha scoperto che i microbi amanti del calore fluttuavano già nell'aria sopra il vulcano, pronti per essere trasportati via dal vento.

Per testare quanto velocemente questi microbi possano ricolonizzare una nuova area, i ricercatori hanno esaminato anche un sito nelle Hawaii che era stato sterilizzato da una colata lavica solo quattro anni prima. Hanno scoperto che i suoli caldi lì erano già popolati da molti microbi amanti del calore che erano geneticamente identici a ceppi trovati in altre parti del mondo. Questo rapido ritorno di ceppi globali specifici a un sito appena sterilizzato suggerisce che la dispersione non è un evento raro da uno su un milione, ma un fenomeno regolare che avviene su una scala temporale di anni. I microbi arrivati non erano solo quelli in grado di formare spore; molti erano tipi non formatori di spore che avevano viaggiato da luoghi distanti, probabilmente attraverso l'Oceano Pacifico.

I ricercatori hanno identificato tratti specifici che sembrano aiutare questi microbi a sopravvivere al viaggio. Hanno scoperto che i viaggiatori globali tendevano ad avere una proporzione più alta di determinati componenti chimici nel loro DNA, il che può aiutare a proteggere dai danni della luce solare. Hanno anche scoperto che molti di questi viaggiatori globali possedevano geni che permettevano loro di nutrirsi di tracce di gas presenti nell'aria, fornendo una fonte di energia mentre fluttuavano nel cielo. Inoltre, i viaggiatori globali erano più propensi a crescere in un intervallo più ampio di temperature, incluse quelle più fresche e moderate, il che avrebbe permesso loro di sopravvivere al freddo viaggio prima di trovare un nuovo luogo caldo da chiamare casa.

Questo lavoro cambia radicalmente la nostra comprensione di come la vita si diffonde sul pianeta. Dimostra che la capacità di vivere nel calore estremo non significa automaticamente che un organismo sia bloccato in un posto. Al contrario, molti microbi amanti del calore hanno evoluto gli strumenti necessari per sopravvivere alle dure condizioni dell'atmosfera, permettendo loro di viaggiare per distanze enormi e colonizzare nuovi ambienti. Lo studio suggerisce che il mondo della vita amante del calore è molto più connesso di quanto precedentemente ipotizzato, con i microbi che si spostano costantemente tra le sorgenti termiche isolate del globo, trasportati dal vento e dalle occasionali eruzioni vulcaniche. Sebbene lo studio non provi che ogni singolo microbo amante del calore sia un viaggiatore globale, fornisce prove schiaccianti che una parte significativa di essi lo sia, riscrivendo le regole di come la vita si disperde negli ambienti più estremi della Terra.