Sopravvivenza del lichene Xanthoria parietina in condizioni ambientali marziane simulate

Sep 25, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4893 (2023) Citare questo articolo

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Xanthoria parietina (L.) Th. Fr. è un lichene foglioso ampiamente diffuso che mostra un'elevata tolleranza ai raggi UV grazie alla parietina, una sostanza secondaria del lichene. Abbiamo esposto campioni di X. parietina in condizioni marziane simulate per 30 giorni per esplorarne la sopravvivenza. La vitalità del lichene è stata monitorata tramite la clorofilla, una fluorescenza che fornisce un'indicazione sulla reazione alla luce attiva della fotosintesi, eseguendo analisi in situ e dopo il trattamento. La spettroscopia Raman e il TEM sono stati utilizzati per valutare rispettivamente la conservazione dei carotenoidi e le possibili variazioni nell'ultrastruttura del fotobionte. Sono state osservate differenze significative nella fotoefficienza tra i campioni irradiati con raggi UV e i campioni mantenuti al buio. Valori di fluorescenza correlati ai cicli giorno-notte di temperatura e umidità. Il recupero della fotoefficienza ha mostrato che l’irradiazione UV ha causato effetti significativi sulla reazione fotosintetica alla luce. La spettroscopia Raman ha mostrato che il segnale dei carotenoidi proveniente dai campioni esposti ai raggi UV è diminuito significativamente dopo l'esposizione. Le osservazioni TEM hanno confermato che i campioni esposti ai raggi UV sono stati i più colpiti dal trattamento, mostrando disorganizzazione cloroplastidica nelle cellule dei fotobionti. Nel complesso, X. parietina è riuscita a sopravvivere alle condizioni simulate di Marte, e per questo motivo può essere considerata un candidato per l'esposizione spaziale a lungo termine e per le valutazioni della fotodegradabilità della parietina.

Due dei temi astrobiologici più caldi proposti dalla European Astrobiology Roadmap (progetto AstRoMap) sono lo studio dei limiti della vita in ambienti estremi simulati/reali e lo studio di particolari biomolecole che potrebbero rappresentare biomarker di forme di vita presenti/passate fuori dalla Terra. biosfera1. Lo studio dei limiti della vita in ambienti stressanti consente di esplorare gli effetti fisiologici e biochimici di condizioni estreme su campioni biologici2. Negli ultimi trent'anni i biologi si sono resi conto che habitat molto estremi e inospitali possono ospitare la vita3. Lo studio degli estremofili, capaci di sopravvivere in condizioni critiche, e delle specie pioniere, quelle che colonizzavano per prime gli ambienti, è stato cruciale nello sviluppo dell'astrobiologia4,5. Tra questi, i licheni hanno dimostrato di prosperare e sopravvivere in alcuni degli habitat più estremi della Terra3,6,7,8,9,10. Pertanto, l'ecofisiologia di questi organismi potrebbe fornire un'indicazione sulla loro potenziale plasticità adattativa nella prospettiva dei cambiamenti climatici, degli scenari geologici terrestri passati (e futuri)11 e degli habitat extraterrestri come la superficie di Marte e gli esopianeti.

Diversi studi hanno dimostrato la resistenza dei licheni quando esposti allo spazio e a condizioni simili a quelle marziane. L'elevata resistenza dei licheni alle condizioni estreme è dovuta alle loro principali caratteristiche ecofisiologiche (poichiloidrica e anidrobiosi) e ai processi metabolici (produzione delle sostanze secondarie dei licheni). L'esperimento BIOPAN ha dimostrato che Rusavskia elegans (Link) SY Kondr. & Kärnefelt (2003), Rhizocarpon Geographicum (L.) DC. s.lat. e i campioni di Circinaria fruticulosa (Eversm.) Sohrabi (2012) sono sopravvissuti per 10–14 giorni nello spazio, essendo metabolicamente attivi e in grado di crescere dopo l'esposizione8,12,13,14,15,16,17. L'esperimento LIFE mirava a esporre per 1,5 anni diversi campioni biologici nello spazio. Rusavskia elegans ha mostrato un elevato recupero nelle misurazioni dell'efficienza fotosintetica post-volo rispetto alle altre specie testate18.

D'altro canto, gli esperimenti a terra ci permettono di simulare condizioni estreme e di monitorare i parametri di vitalità degli organismi in situ o immediatamente dopo il trattamento3,6. Il Pleopsidium chronophanum (Wahlenb.) Zopf è stato testato in condizioni di nicchia su Marte presso il Mars Simulation Facility del Centro aerospaziale tedesco (DLR Berlino, Germania)20. I risultati hanno confermato la capacità del lichene di adattarsi fisiologicamente e di aumentare la fotosintesi durante i 34 giorni di esposizione alle condizioni di nicchia di Marte. Invece, C. fruticulosa è stata esposta fisiologicamente attiva sia nella nicchia di Marte che in condizioni simili alla superficie per 30 giorni anche presso la Mars Simulation Facility19 e solo i campioni di nicchia hanno mostrato risposte di vitalità. Per studiare gli effetti pericolosi delle radiazioni ionizzanti sui licheni, i talli essiccati di R. elegans sono stati irradiati presso l'Istituto Nazionale di Scienze Radiologiche (NIRS) a Chiba, in Giappone21. I risultati hanno rivelato una diminuzione significativa della fotoefficienza ma non correlata all’aumento delle dosi applicate, suggerendo l’elevata capacità di sopravvivenza dei talli anidrobiotici.