Sopravvivere in condizioni estreme: l’economia segreta dei batteri

Le spore batteriche resistono al calore estremo, alle radiazioni, alla siccità, persino al vuoto dello spazio. Esistono da quasi tre miliardi di anni. Eppure nascono nel momento peggiore, quando la cellula è quasi a corto di carburante. Come mai l’evoluzione ha conservato una strategia tanto costosa?

Il conto energetico

A questa domanda risponde uno studio, finanziato anche dalla Nasa nell’ambito di un progetto di astrobiologia, appena pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences da William Shoemaker, 34enne originario della Virginia, biologo di formazione approdato alla fisica statistica per studiare le comunità microbiche. Ricercatore post-dottorato all’Ictp di Trieste dal 2022, Shoemaker ha lavorato con Canan Karakoç e Jay T. Lennon dell’Università dell’Indiana.

Proprio l’approccio del fisico ha permesso di stimare per la prima volta il costo energetico dell’intera sporulazione in unità di Atp, la valuta universale dell’energia cellulare. Il risultato è netto: «Formare una spora e poi risvegliarla assorbe circa il 10% del budget energetico totale della cellula, superando in termini di costo quasi ogni altra strategia di sopravvivenza, dalla motilità alla formazione di biofilm», spiega Shoemaker.

La parte più onerosa non è la costruzione ma il risveglio: la germinazione e la ripresa vegetativa costano quasi sette miliardi di molecole di Atp, contro i 2,4 miliardi necessari per formare la spora. Paradossalmente, la spora dormiente ne contiene appena un centinaio. Un divario colmato grazie a una dispensa molecolare interna fornita dalla cellula madre: proteine e composti del carbonio che la spora degrada nei primi minuti, fino a quando, tornata alla vita vegetativa, riesce ad assorbire nutrimento dall’esterno.

Il sacrificio della madre

Chi paga il conto, però, è la cellula che la genera. Per farlo si divide asimmetricamente in due compartimenti: una cellula madre più grande e un foresporo più piccolo, futuro embrione della spora. La madre sostiene l’87% dei costi, costruendo mattone per mattone la fortezza e consegnando al foresporo precursori attraverso un canale tubulare. Alla fine provoca la lisi deliberatamente, liberando la spora matura. Muore perché la progenie possa sopravvivere, come i salmone del Pacifico, che risale la corrente fino allo stremo e muore dopo aver deposto le uova.

Il paradosso evolutivo

Lo studio risolve anche un secondo paradosso, verificato in laboratorio. «Bastano poche centinaia di generazioni perché i batteri perdano questa capacità quando le condizioni di vita sono artificialmente favorevoli», osserva Shoemaker. Eppure in natura la sporulazione persiste da miliardi di anni.

La spiegazione sta nell’economia energetica: mantenere la macchina genetica necessaria – circa il 5% del genoma di Bacillus subtilis, il batterio usato come organismo modello nello studio – ha un costo a ogni divisione cellulare, sufficiente perché la selezione naturale la elimini quando non serve. L’investimento diventa ottimale solo quando le condizioni avverse durano mesi o più.

Una ragioneria cosmica

L’evoluzione fa i conti con precisione implacabile, ma su scale di tempo lunghissime e premia chi sa bilanciare costi e benefici nel tempo. Le implicazioni vanno oltre il laboratorio. I batteri sporigeni giocano un ruolo centrale nel ciclo del carbonio del suolo e negli ecosistemi in trasformazione: capire le regole energetiche che governano la loro sopravvivenza significa capire meglio come la vita microbica risponde ai mutamenti climatici.

E lo sguardo si allunga ancora più lontano, come fa intuire il finanziamento Nasa al progetto. Le spore resistono al vuoto e alle radiazioni cosmiche. Comprendere l’economia della sporulazione significa anche chiedersi se questa strategia estrema potrebbe funzionare altrove, su altri pianeti.