Framezzato da uno sfondo infinito di spazio scuro e senza vita, un braccio robotico sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2015 ha montato una scatola di microbi esposti su un corrimano 250 miglia sopra la Terra. I robusti batteri non avevano alcuna protezione da un assalto di raggi ultravioletti, gamma e x cosmici. Tornati sulla Terra, gli scienziati si sono chiesti se i germi potessero sopravvivere a queste condizioni fino a tre anni, la durata dell’esperimento, e se lo avessero fatto, cosa i risultati avrebbero potuto dire ai ricercatori sulla capacità della vita di viaggiare tra i pianeti.
I microbiologi hanno passato decenni a studiare gli estremofili, organismi che sopportano condizioni estreme, per tirare i fili misteriosi di come la vita sia fiorita sulla Terra. Alcuni estremofili possono vivere senza protezione nello spazio per diversi giorni; altri possono resistere per anni, ma solo ritagliandosi una casa all’interno delle rocce. Queste scoperte sostengono la teoria che la vita come noi la conosciamo può trasferirsi tra i pianeti all’interno di meteoriti o comete. Ora, nuovi risultati pubblicati oggi su Frontiers in Microbiology, basati su quell’esperimento sulla Stazione Spaziale Internazionale, mostrano che il batterio Deinococcus radiodurans può sopravvivere almeno tre anni nello spazio. Akihiko Yamagishi, un microbiologo dell’Università di Farmacia e Scienze della Vita di Tokyo che ha condotto lo studio, dice che i risultati suggeriscono anche che la vita microbica potrebbe viaggiare tra i pianeti non protetti dalla roccia.
Lo studio ha avuto luogo fuori dal laboratorio giapponese Kibo sulla Stazione Spaziale Internazionale. Ma molto prima che l’esperimento di Yamagishi arrivasse in orbita, l’agenzia giapponese di esplorazione spaziale, JAXA, voleva che il suo team si convincesse in anticipo che avrebbe avuto successo. Volevamo dire: “Non lo sappiamo, dobbiamo solo provare”. Ma questo non è permesso per gli esperimenti spaziali”, dice Yamagishi. “Quindi abbiamo dovuto pensare a come persuaderli”.
Yamagishi e il suo team avevano considerato diverse specie di batteri, e il Deinococcus radiodurans si è distinto come eccezionale. Tra il 2010 e il 2015, il suo team ha condotto esperimenti testando D. radiodurans contro le condizioni simulate della Stazione Spaziale Internazionale. Hanno irradiato gli insetti con alti livelli di radiazioni, hanno abbassato la pressione fino a un vuoto spaziale, e hanno fatto oscillare le temperature a 140 gradi Fahrenheit in soli 90 minuti. Hanno scoperto che le cellule erano notevolmente resistenti alla raffica di stress. “Abbiamo dimostrato di sopravvivere facendo questi esperimenti a terra, e ci hanno accettato e creduto”, dice. Il team ha guadagnato l’approvazione della JAXA, e il loro esperimento astrobiologico è stato impostato per il lancio con un razzo SpaceX nell’aprile 2015.
Un intoppo è venuto all’esperimento previsto prima del lancio. In origine, Yamagishi e il team avevano previsto di far condurre gli esperimenti agli astronauti, ma hanno saputo di non avere più la possibilità di effettuare esperimenti scientifici “legati” al di fuori della Stazione Spaziale Internazionale. Fortunatamente il team è stato in grado di progettare un esperimento utilizzando quel braccio robotico.
Tre pannelli di batteri sono saliti con il razzo SpaceX: uno per un anno di esposizione, un altro per due anni e un altro per tre. Dopo che gli astronauti hanno preparato i pannelli, un braccio robotico controllato dalla Terra ha afferrato i pannelli e li ha messi in posizione. Ogni pannello conteneva due piccole piastre di alluminio punteggiate da 20 pozzetti poco profondi per masse di batteri di diverse dimensioni. Una piastra puntava verso la Stazione Spaziale Internazionale; l’altra puntava verso il cosmo.
Ogni anno, il braccio robotico di Kibo smontava la piattaforma che teneva i pannelli, riportandola all’interno della ISS in modo che gli astronauti potessero inviare campioni sulla Terra per le analisi. I loro risultati mostrano che i batteri Deinococcus sono sopravvissuti all’esperimento di tre anni. Le cellule dei batteri Deinococcus negli strati esterni delle masse sono morte, ma quelle cellule esterne morte hanno protetto quelle interne da danni irreparabili al DNA. E quando le masse erano abbastanza grandi – ancora più sottili di un millimetro – le cellule all’interno sono sopravvissute per diversi anni.
“Mi ha ricordato esattamente la strategia che i cianobatteri usano nelle Ande”, dice Nathalie Cabrol, un astrobiologo non affiliato con lo studio che dirige la ricerca di intelligenza extraterrestre (SETI) dell’Istituto Carl Sagan Center for Research. Cabrol ha studiato come i cianobatteri, una delle forme di vita più antiche della Terra, sopportano l’intensa radiazione solare organizzandosi in strati dove le cellule muoiono all’esterno e sopravvivono all’interno. Era soddisfatta di ciò che questi risultati possono dirci sugli estremofili sulla Terra.
Oltre agli strati protettivi delle cellule nella massa, D. radiodurans, sono notevolmente resistenti ai danni delle radiazioni. I loro geni codificano per proteine uniche che riparano il DNA. Mentre le cellule umane portano circa due copie di DNA, e la maggior parte delle cellule batteriche ne portano una, D. radiodurans contiene fino a 10 copie ridondanti. Avere più copie di geni importanti significa che le cellule possono sfornare più copie delle proteine che riparano il DNA danneggiato dalle radiazioni. Questo meccanismo di difesa intrinseco, combinato con strati esterni protettivi di cellule, ha mantenuto i microbi vivi nonostante i livelli di radiazione oltre 200 volte superiori a quelli sulla Terra.
Utilizzando i loro dati per come ogni anno aggiuntivo ha colpito le cellule, il team prevede che le masse D. radiodurans in viaggio potrebbero sopravvivere da due a otto anni tra Terra e Marte e viceversa. “Quindi è possibile sopravvivere durante il trasporto”, dice. “Questo ci dice che dobbiamo considerare l’origine della vita non solo sulla Terra, ma anche su Marte.”
D. radiodurans non è l’unico organismo conosciuto per sopravvivere nello spazio. Studi precedenti hanno dimostrato che i tardigradi durano solo 10 giorni in esposizione diretta. Gli scienziati hanno anche testato i batteri Bacillus e Deinococcus per lunghi tratti in orbita, ma solo con la protezione dalle radiazioni tossiche.
” proporre che le spore dei microbi possano sopravvivere all’interno della roccia – questa è la litopanspermia”, dice Yamagishi. La litopanspermia è una variante della teoria della panspermia, che suppone che la vita sulla Terra potrebbe aver avuto origine dai microbi di un altro pianeta. Ma Yamagishi dice che i suoi risultati di estremofili che resistono all’esposizione diretta per anni senza rocce sono motivo per un nuovo termine: massapanspermia. Questa teoria suggerisce che i microbi potrebbero essere atterrati sulla Terra in gruppi, piuttosto che nelle rocce.
Tuttavia, altri esperti sono titubanti nell’abbracciare la massapanspermia.
“Ero già abbastanza convinto dell’idea che la vita potrebbe essersi trasferita tra la Terra e Marte”, dice Natalie Grefenstette, un astrobiologo teorico al Santa Fe Institute non affiliato al lavoro. Le prove per la litopanspermia l’hanno convinta che il trasferimento della vita è possibile, ma lei vede una grande limitazione per la massapanspermia: le masse cellulari fluttuanti dovrebbero sopravvivere all’espulsione da un pianeta e al rientro in un altro. “Questi sono requisiti enormi”, dice. Sospetta che un ammasso viaggiante di cellule esposte brucerebbe come meteore prima di atterrare.
Cabrol mette anche in dubbio la possibilità della massapanspermia. “Dimostrare che il radiodurans può sopravvivere tre anni se è stratificato è molto lontano dai numeri di cui abbiamo bisogno perché il radiodurans possa fare il salto su Marte”. Anche se viaggi di anni sono teoricamente possibili, gli scienziati stimano che la materia può impiegare fino a diversi milioni di anni per lasciare un pianeta e atterrare su un altro all’interno del sistema solare.
“La rilevanza di questo studio è meno nel dimostrare che la massapanspermia o panspermia sono possibili”, dice Cabrol. “Ma per me dimostra che dobbiamo essere estremamente attenti alla nostra contaminazione quando andiamo su Marte.”
Molti paesi hanno firmato il Trattato sullo Spazio Esterno, che vieta loro di portare (e versare) microbi su altri pianeti. Se un veicolo spaziale dovesse accidentalmente spargere microbi su Marte, per esempio, questo corromperebbe le future missioni per trovare la vita sul pianeta. Gli scienziati non saprebbero con assoluta certezza se stanno rilevando microbi marziani. La NASA ha fatto di tutto per sterilizzare il rover Mars 2020, cuocendolo a temperature sterili e pulendo ogni parte con panni sterili. Questo studio sottolinea quanto sia sorprendentemente importante mantenere qualsiasi veicolo spaziale completamente privo di microbi.
Yamagishi spera di eseguire altri esperimenti di esposizione anche più lontano dalla Terra, anche sul proposto Lunar Gateway della NASA vicino alla Luna. E per far progredire le domande sulle origini della vita, il suo team sta sviluppando un microscopio per cercare la vita sotto la superficie di Marte.
“In ambienti dove non pensavamo che la vita potesse sopravvivere, ora sappiamo che può,” dice Grefenstette. “Questo studio dimostra anche questo – così spingiamo costantemente indietro quella barriera di ciò che la vita sulla Terra può raggiungere.”
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