A 63°C Incendiamoeba cascadensis fa una cosa che nessun eucariote conosciuto era mai stato osservato fare: si divide. A 64°C continua ancora a muoversi. Spingendosi più in alto riesce perfino a superare una breve esposizione a 70°C, entrando in una forma dormiente e tornando attiva quando la temperatura scende.
L’ameba è stata isolata nelle acque geotermali del Lassen Volcanic National Park, nel nord della California, e descritta nello studio pubblicato su Cell. Il risultato porta da 60 a 63°C il limite massimo conosciuto entro il quale un organismo eucariote riesce a riprodursi. Tre gradi sembrano pochi finché a doverli sopportare sono membrane, proteine e DNA.
L’ameba, va precisato, non è un animale. È un organismo unicellulare appartenente agli Amoebozoa, ma condivide con animali, piante e funghi una caratteristica fondamentale: è un eucariote, quindi possiede un nucleo e strutture cellulari delimitate da membrane. Proprio questa maggiore complessità rende il caldo un problema serio: temperature elevate possono destabilizzare le membrane, deformare le proteine e danneggiare il materiale genetico.
Da un torrente bollente al record dei 63°C
La scoperta è arrivata durante le ricerche del gruppo guidato da Angela Oliverio della Syracuse University. Gli scienziati stavano campionando diversi ambienti geotermali del Lassen quando hanno recuperato l’organismo in un piccolo corso d’acqua caldo, decisamente meno spettacolare delle grandi pozze acide per cui il parco è conosciuto.
Anche la strumentazione ha avuto i suoi momenti di pragmatismo: come racconta la Syracuse University, per raggiungere uno dei punti più stretti del torrente il gruppo ha usato perfino pinze da barbecue. La frontiera della biologia cellulare, ogni tanto, passa anche dal reparto cucina.
Una volta coltivata in laboratorio, l’ameba ha continuato a crescere mentre la temperatura veniva progressivamente aumentata. A 63°C i ricercatori hanno osservato direttamente la mitosi, documentando la divisione cellulare anche attraverso tecniche di microscopia. A 64°C l’organismo riusciva ancora a muoversi.
Sopra quella soglia smette invece di riprodursi. Secondo i dati riassunti dalla NASA, può conservare una certa attività fino a circa 66°C e recuperare dopo un’esposizione di cinque minuti a 70°C. A quelle temperature forma una cisti, una struttura dormiente che le permette di aspettare condizioni meno ostili. A 80°C, negli esperimenti, non è più riuscita a riprendersi.
È una distinzione importante: il record riguarda la capacità di riprodursi a 63°C, non la semplice sopravvivenza per qualche minuto a temperature superiori.
Come fa a non “cuocersi”
Il gruppo ha sequenziato il genoma di Incendiamoeba cascadensis e confrontato la sua risposta al calore con quella di altre amebe. Sono emersi diversi indizi, senza ancora ridurre tutto a un singolo “gene del caldo”.
Nel genoma risultano particolarmente rappresentati geni legati alla proteostasi, cioè ai sistemi che mantengono le proteine nella forma corretta, alla stabilità del genoma e alla capacità di percepire l’ambiente. Quando la temperatura aumenta, diventano inoltre più attivi alcuni meccanismi coinvolti nella riparazione del DNA, nella manutenzione delle proteine e nel traffico delle membrane cellulari.
C’è poi una caratteristica delle proteine che ha attirato l’attenzione dei ricercatori. Molte presentano sulla superficie una maggiore quantità di residui con carica positiva, una proprietà osservata anche in batteri e archei adattati a temperature molto elevate. Gli autori ipotizzano che possa contribuire a mantenere le proteine stabili, limitandone il ripiegamento scorretto e l’aggregazione provocati dal calore.
Somiglianze interessanti, soprattutto perché batteri, archei ed eucarioti appartengono a rami molto diversi dell’albero della vita: davanti allo stesso problema termico, l’evoluzione potrebbe aver trovato alcune soluzioni biochimiche comparabili.
I batteri fanno molto peggio, ma il record dell’ameba conta
A prima vista 63°C impallidiscono davanti a certi microrganismi estremofili. Batteri e soprattutto archei possono vivere a temperature molto superiori: alcuni arrivano oltre i 100°C. Il confronto, però, mette insieme cellule costruite in modo profondamente diverso.
Gli eucarioti devono mantenere funzionanti un nucleo, membrane interne e numerosi organelli. Per decenni nessuno era riuscito a documentare la loro riproduzione sopra i 60°C. Incendiamoeba cascadensis sposta quel limite e suggerisce che almeno alcuni eucarioti microscopici possano essere molto più resistenti di quanto indicassero le osservazioni precedenti.
Il lavoro interessa anche l’astrobiologia. Conoscere i limiti di temperatura, acidità, pressione e disponibilità d’acqua entro i quali una cellula riesce a funzionare serve a delimitare gli ambienti in cui cercare vita fuori dalla Terra. Gli stessi ricercatori invitano però alla cautela: sopportare il caldo da solo non basta. L’ameba ha bisogno anche di acqua, ossigeno, condizioni chimiche adatte e soprattutto di altri organismi di cui nutrirsi.
Nel Lassen, infatti, Incendiamoeba cascadensis mangia batteri adattati a loro volta alle alte temperature. Il suo piccolo ecosistema deve funzionare tutto insieme.
Il record resta questo: divisione cellulare a 63°C, movimento oltre quella temperatura e possibilità di tornare attiva dopo una breve esposizione a 70°C. A 80°C, invece, nemmeno l’ameba di fuoco ce l’ha fatta. Sessantatré, fino a poco tempo fa, sembravano già troppi.