Pubblicato il: 25 febbraio 2019 alle 7:00 am

La vita ha prosperato sulla Terra 3,5 miliardi di anni fa I dinosauri sono stati preceduti da miliardi di anni di microbi che hanno lasciato prove fisiche della loro presenza

di Teresa Terracciano.

Tokyo, 25 Febbraio 2019 – Tre miliardi e mezzo di anni fa la Terra ha ospitato la vita, ma era sopravvissuta o fiorente? Un nuovo studio condotto da un team internazionale che include l’Earth-Life Science Institute (ELSI) del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) fornisce nuove risposte a questa domanda. Il metabolismo microbico è registrato in miliardi di anni di rapporti isotopici di zolfo che concordano con le previsioni di questo studio, suggerendo la presenza di vita negli antichi oceani. Utilizzando questi dati, gli scienziati possono collegare più profondamente la registrazione geochimica con gli stati cellulari e l’ecologia.

I dinosauri, le cui ossa sono presentate nei musei di tutto il mondo, sono stati preceduti da miliardi di anni di microbi. I microbi hanno lasciato alcune prove fisiche della loro presenza nell’antica documentazione geologica perché non si fossilizzano bene, così gli scienziati usano altri metodi per capire se la vita era presente nella documentazione geologica.

Attualmente, la più antica testimonianza di vita microbica sulla Terra ci arriva sotto forma di isotopi stabili. Gli elementi chimici tracciati sono definiti dal numero di protoni nei loro nuclei, per esempio, gli atomi di idrogeno hanno un protone, gli atomi di elio ne hanno due, gli atomi di carbonio ne contengono sei. Oltre ai protoni, la maggior parte dei nuclei atomici contiene anche neutroni, che sono pesanti quanto i protoni, ma che non hanno una carica elettrica. Gli atomi che contengono lo stesso numero di protoni, ma un numero variabile di neutroni sono noti come isotopi. Mentre molti isotopi sono radioattivi e quindi decadono in altri elementi, alcuni non subiscono tali reazioni; questi sono noti come isotopi “stabili”. Per esempio, gli isotopi stabili del carbonio includono il carbonio 12 e il carbonio 13.

Tutti gli esseri viventi, compresi gli esseri umani, “mangiano ed espellono”. Vale a dire, prendono in cibo ed espellono i rifiuti. I microbi spesso mangiano composti semplici resi disponibili dall’ambiente. Ad esempio, alcuni sono in grado di assorbire anidride carbonica (CO2) come fonte di carbonio per costruire le proprie cellule. La CO2 presente naturalmente ha un rapporto abbastanza costante di 12C a 13C. Tuttavia, 12CO2 è circa il 2% più leggero del 13CO2, quindi le molecole di 12CO2 si diffondono e reagiscono un po’ più velocemente, e quindi i microbi stessi diventano “isotopicamente leggeri”, contengono più di 12C che 13C, e quando muoiono e lasciano i loro resti nei registri fossili, la loro firma isotopica stabile rimane, ed è misurabile. La composizione isotopica, o “firma”, di tali processi può essere molto specifica per i microbi che li producono.

Oltre al carbonio ci sono altri elementi chimici essenziali per gli esseri viventi. Ad esempio, lo zolfo, con 16 protoni, ha tre isotopi stabili naturalmente abbondanti. I modelli di isotopi di zolfo lasciati dai microbi registrano così la storia del metabolismo biologico basato su composti contenenti zolfo risalente a circa 3,5 miliardi di anni fa. Centinaia di studi precedenti hanno esaminato ampie variazioni nei rapporti isotopici di zolfo antichi e contemporanei derivanti dal metabolismo del solfato (un composto di zolfo naturale legato a quattro atomi di ossigeno). Molti microbi sono in grado di utilizzare il solfato come combustibile e di espellere solfuro, un altro composto di zolfo. Lo “scarto” del solfuro del metabolismo microbico antico viene poi immagazzinato nella documentazione geologica, e i suoi rapporti isotopici possono essere misurati analizzando minerali come la pirite.

Sapendo come il metabolismo cambia i rapporti isotopici stabili, gli scienziati possono prevedere quali organismi isotopici dovrebbero lasciarsi alle spalle. Questo studio fornisce alcune delle prime informazioni su come le prime forme di vita si stavano metabolizzando. Il metabolismo microbico del solfato è registrato in oltre tre miliardi di anni di isotopi di zolfo, in linea con le previsioni di questo studio, le quali suggeriscono che la vita era in realtà fiorente negli antichi oceani. Questo lavoro apre un nuovo campo di ricerca che il professore Shawn McGlynn (ELSI) chiama “enzimologia evolutiva e isotopica”. Utilizzando questo tipo di dati, gli scienziati possono ora procedere con altri elementi, come il carbonio e l’azoto, e più completamente collegare i registri geochimici con gli stati cellulari e l’ecologia attraverso la comprensione dell’evoluzione degli enzimi e della storia della Terra.

Tokyo Institute of Technology

Fonte per approfondimenti: Min Sub Sim, Hideaki Ogata, Wolfgang Lubitz, Jess F. Adkins, Alex L. Sessions, Victoria J. Orphan, Shawn E. McGlynn. Role of APS reductase in biogeochemical sulfur isotope fractionation. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-07878-4

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