Caratterizzazione fisiologica del cianobatterio Acaryochloris marina Moss Beach e studio delle risposte a condizioni esoplanetarie simulate

I cianobatteri rappresentano la più antica forma di vita apparsa sulla Terra capace di compiere la fotosintesi ossigenica. Nel corso della storia evolutiva sono stati in grado di colonizzare anche gli ambienti più remoti ed estremi, fra cui nicchie ecologiche caratterizzate da irradianza limitante sia in termini di quantità che di qualità. Questo è stato possibile grazie agli adattamenti fisiologici propri di questo vasto phylum, come la capacità di effettuare acclimatazioni alla bassa luce o alla luce Far-Red o grazie al diverso contenuto in particolari pigmenti. Nel presente elaborato di laurea è stato analizzato uno di questi peculiari cianobatteri, Acaryochloris marina Moss Beach, isolato in ambiente costiero in California (USA) e gentilmente inviatoci dalla Dott.ssa N.Y. Kiang (NASA) in seno ad una corrente collaborazione. Moss Beach è un ceppo appartenente alla specie Acaryochloris marina, in cui la clorofilla d rappresenta il pigmento fotosintetico principale, raggiungendo anche oltre il 95% del contenuto totale in clorofilla. Quest’abbondanza in clorofilla d a discapito della clorofilla a, si traduce in uno spostamento del picco di assorbimento nel rosso verso lunghezze d’onda maggiori, permettendo di ampliare l’intervallo delle lunghezze d’onda usufruibili per la fotosintesi fino a 750 nm. Il ceppo Moss Beach si distingue dagli altri già noti per alcune differenze sostanziali come l’assenza totale di ficobilisomi. Pertanto, A. marina Moss Beach è un soggetto interessante non solo per una caratterizzazione fisiologica più approfondita ma trova applicazione anche nell’ambito dell’astrobiologia, in particolare nella ricerca di metabolismi potenzialmente compatibili con le condizioni di esopianeti potenzialmente abitabili. A causa del suo recente ritrovamento, poche sono le informazioni note relative alla fisiologia e alle ottimali condizioni di crescita. Per caratterizzare necessità e limiti nella crescita in Moss Beach sono stati eseguiti test preliminari volti a individuare le condizioni di coltivazione ideali in termini di mezzo di coltura, intensità luminosa e temperatura. La ricerca di queste informazioni è propedeutica per gli esperimenti seguenti, mirati a valutare la sopravvivenza e l’adattabilità di questo microorganismo quando esposto a diversi spettri luminosi: Solare (a replicare le condizioni terrestri, con abbondante radiazione nello spettro visibile), Far-Red (per valutare l’assorbimento a lunghezze d’onda oltre i 700 nm) e di Stella M7 (per simulare le condizioni luminose su esopianeti che orbitano stelle nane rosse). Le stelle M sono le più abbondanti della nostra galassia ed attorno ad esse sono stati rilevati il maggior numero di pianeti Earth-like in zona abitabile. Queste stelle, diversamente dal Sole, sono caratterizzate da uno spettro con una scarsa componente di fotoni nel visibile e un’abbondante presenza di fotoni oltre i 700 nm. Oltre a queste tre diverse condizioni di irraggiamento, Moss Beach è stato anche sottoposto ad atmosfere primordiali, anossiche costituite da N2 e CO2. Nei diversi esperimenti sono stati monitorati in tempo reale i livelli di produzione di O2 e di sequestro di CO2 per valutare l’impatto dell’attività fotosintetica dell’organismo sull’atmosfera al variare dello spettro di illuminazione. L’organismo ha performato efficacemente in tutte le condizioni testate; in particolare, quando sottoposto a condizioni esoplanetarie simulate, la sua crescita ed efficienza fotosintetica sono state maggiori rispetto alle altre condizioni di illuminazione. I risultati riportati dimostrano per la prima volta la potenzialità di crescita di questo particolare microorganismo fotosintetico in condizioni simulanti alcuni parametri ambientali esoplanetari, fornendo dati utili all’interpretazione di una eventuale presenza di ossigeno rilevata da remoto da sistemi osservativi spaziali che analizzano le atmosfere degli esopianeti.