Vorrei presentarvi un piccolo microrganismo
che probabilmente non conoscete:
si chiama Prochlorococcus,
ed è un essere affascinante.
Innanzitutto, i suoi antenati
hanno cambiato la Terra a tal punto da rendere possibile la nostra evoluzione,
e nascosto nel loro codice genetico
c'è qualcosa
che potrebbe aiutarci a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili.
Ma la cosa più impressionante
è che ci sono tre miliardi di miliardi di miliardi
di queste cellule sul nostro pianeta,
e non sapevamo che esistessero fino a 35 anni fa.
Per raccontarvi la loro storia,
devo tornare molto indietro,
a quattro miliardi di anni fa, quando la Terra poteva essere così.
Non c'era vita sul pianeta,
non c'era ossigeno nell'atmosfera.
Cos'ha trasformato quel pianeta in quello che conosciamo oggi,
rendendolo pieno di vita,
di piante e animali?
In una parola, la fotosintesi.
Circa due miliardi e mezzo di anni fa,
si sono evoluti alcuni degli antenati del Prochlorococcus
affinché potessero usare l'energia solare
e assorbirla
e separare l'acqua in ossigeno e idrogeno.
E usavano l'energia chimica prodotta
per estrarre dall'atmosfera CO2, anidride carbonica,
e usarla per costruire zuccheri, proteine e aminoacidi,
tutto ciò di cui è fatta la vita.
E mentre si evolvevano e aumentavano
per migliaia e migliaia di anni,
l'ossigeno si accumulava nell'atmosfera.
Fino a 500 milioni di anni fa,
ce n'era abbastanza da consentire a organismi più grandi di evolversi.
Ci fu un'esplosione delle forme di vita
e, alla fine, siamo apparsi noi.
Mentre ciò accadeva,
alcuni di quegli antichi fotosintetizzatori sono morti,
sono stati compressi e sepolti,
e sono diventati carburante fossile
con la luce solare sepolta nei loro legami di carbonio.
Hanno sepolto la luce solare sotto forma di carbone e petrolio.
I fotosintetizzatori di oggi,
hanno loro motori discendono da quegli antichi microbi,
e nutrono tutta la vita sulla Terra.
Il nostro cuore batte usando la luce solare
che alcune piante elaborano per noi,
e alcune parti del nostro corpo
sono fatte di CO2,
che alcune piante elaborano per noi.
In pratica, siamo fatti di luce solare e anidride carbonica.
In pratica, siamo aria fritta.
(Risate)
Quindi noi, creature terrestri,
abbiamo familiarità con le piante sulla Terra:
gli alberi, l'erba, i campi, le colture.
Ma gli oceani sono pieni di miliardi di animali.
Vi domandate mai cosa li nutra?
Si tratta di un pascolo invisibile
di microscopici fotosintetizzatori chiamati fitoplancton
che riempiono i primi 200 metri di profondità oceanica
e nutrono l'intero ecosistema oceanico.
Alcuni animali vivono tra loro e si nutrono di loro,
altri risalgono per nutrirsi di notte,
mentre altri rimangono sul fondo e aspettano la loro morte per nutrirsi
e poi li divorano.
Questi piccoli fitoplancton,
nell'insieme, pesano meno dell'1% di tutte le piante sulla terra
ma annualmente fotosintetizzano quanto le piante sulla terra,
inclusa la foresta Amazzonica
che consideriamo il polmone del pianeta.
Ogni anno, assorbono 50 milioni di tonnellate di carbone
sotto forma di anidride carbonica nei loro corpi
e alimentano l'ecosistema dell'oceano.
Come possono queste piccole biomasse
produrre quanto le piante sulla terra?
Loro non hanno tronchi o steli
e fiori e frutti e tutto questo da mantenere.
Quello che devono fare è crescere e dividersi.
Sono delle piccole macchine da fotosintesi.
Sono davvero eccentrici.
Ci sono migliaia di specie diverse di fitoplancton,
con forme e dimensioni diverse,
tutte spesse meno di un capello umano.
Eccone alcuni dei più belli,
quelli dei libri di scuola.
Li chiamo la specie carismatica del fitoplancton.
Ed ecco il Prochlorococcus.
Lo so,
sembra dello sporcizia al microscopio.
(Risate)
Ma sono lì,
e ve li mostrerò tra poco.
Ma prima voglio dirvi come sono stati scoperti.
Circa 38 anni fa,
giocavamo con una tecnologia chiamata citometria a flusso nel mio laboratorio,
sviluppata per la ricerca biomedica per studiare le cellule cancerose,
ma noi la stavamo usando per un altro proposito,
ovvero studiare il fitoplancton, ed è stata davvero utile.
Ecco come funziona:
si inietta un campione in questo tubicino capillare,
le cellule passano in fila davanti a un laser
e, quando colpite, emettono una luce in base alla loro dimensione
e in base al loro pigmento,
che siano naturali o macchiati.
E la clorofilla del fitoplancton,
che è verde,
emette una luce rossa quando è colpita da una luce blu.
Abbiamo usato questo strumento per molti anni
per studiare le nostre colture di fitoplancton,
in particolare quelle specie carismatiche che vi ho mostrato,
per studiarne la biologia cellulare di base.
Ma abbiamo sempre pensato che sarebbe stato bello
avere uno strumento come questo su una nave
e analizzare l'acqua del mare
e vedere com'è tutta quella diversità di fitoplancton.
Sono riuscita ad ottenere
quello che chiamiamo il grande camion della citometria a flusso,
un laser grosso e potente,
con un rimborso garantito dalla compagnia
cioè, se non avesse funzionato sulla nave, lo avrebbero ripreso.
E così un giovane scienziato con cui lavoravo,
Rob Olson, è stato in grado di smontarlo,
metterlo su una nave, rimontarlo e iniziare il viaggio.
Ha funzionato benissimo.
Non pensavamo avrebbe funzionato, perché pensavamo che i movimenti della nave
avrebbero interferito sul laser,
ma ha davvero funzionato bene.
E così abbiamo mappato la distribuzione del fitoplancton nell'oceano.
Per la prima volta, li abbiamo analizzati in tempo reale
e capito cosa accadeva, è stato emozionante.
Ma un giorno, Rob ha notato un segnale
provenire dalla strumentazione
che abbiamo scambiato per rumore elettrico
forse per un anno
prima di capire che non si comportava come un rumore.
Aveva un andamento regolare.
Per farla breve,
erano piccole, piccolissime cellule,
più piccole di un centesimo dello spessore di un capello
che contengono la clorofilla.
Era il Prochlorococcus.
Vi ricordate questa slide?
Se fate riflettere della luce blu su quel campione,
questo è ciò che vedrete:
due piccole cellule che emettono luce rossa.
Quelle sono Prochlorococcus.
Sono le cellule fotosintetiche più piccole e abbondanti sul nostro pianeta.
All'inizio, non sapevamo cosa fossero
e li abbiamo chiamati "piccoli verdi".
Era un nome affettuoso.
Poi, abbiamo scoperto abbastanza da chiamarlo Prochlorococcus
che significa "bacca verde primitiva".
E da allora
mi sono innamorata così tanto di queste piccole cellule
che ho reindirizzato il mio laboratorio esclusivamente sul loro studio,
e la mia fedeltà verso di loro mi ha ripagata.
Mi hanno dato grandi quantità di dati, e mi hanno portata fin qui.
(Applausi)
Quindi negli anni, noi e molti altri
abbiamo studiato i Prochlorococcus negli oceani
e abbiamo scoperto che sono abbondanti in una vasta area
dell'ecosistema oceanico.
In particolare abbondano in quelli che sono chiamati giri oceanici.
Questi sono a volte chiamati i deserti degli oceani,
ma non sono affatto deserti.
Le loro acque blu pullulano
di centinaia di milioni di Prochlorococcus per ogni litro.
Metendoli insieme come facciamo nelle colture,
si può vedere la loro bellissima clorofilla verde.
Una di quelle provette contiene milioni di Prochlorococcus
e, come vi ho detto prima,
ci ne sono tre miliardi di miliardi di miliardi sul pianeta.
Sono tre ottilioni,
se volete convertire.
(Risate)
E insieme, pesano più di tutti gli esseri umani
e fotosintetizzano quanto tutte le colture sulla terra.
Sono importantissimi negli oceani del pianeta.
Nel corso degli anni, mentre li studiavamo
e abbiamo scoperto la loro abbondanza,
abbiamo pensato che fosse strano.
Come può una sola specie essere così abbondante nei diversi habitat?
E quando abbiamo isolato più colture
abbiamo scoperto che ci sono diversi ecotipi.
Alcuni tipi sono adatti alla luce intensa
delle acque superficiali,
e altri sono adatti alla poca luce degli oceani profondi.
Infatti, queste cellule che vivono dove c'è poca luce
sono i più efficienti fotosintetizzatori conosciuti.
E poi abbiamo imparato che ce ne sono alcuni
che crescono nei pressi dell'equatore,
dove ci sono temperature più alte,
e alcuni lavorano meglio a basse temperature
mentre si va a nord e sud.
Li abbiamo studiati sempre di più per continuare a scoprire la loro diversità,
e abbiamo pensato: "Cavolo, quanto sono diversi!"
Poi, è stato possibile mappare il loro genoma
e osservare sotto il cappuccio e vedere il loro corredo genetico.
E abbiamo ottenuto la sequenza dei genomi delle colture che avevamo,
e recentemente, usando la citometria a flusso,
abbiamo potuto isolare singole cellule presenti in natura
e la sequenza dei loro genomi,
e ora abbiamo le sequenze di centinaia di Prochlorococcus.
E anche se ogni cellula ha circa 2000 geni --
un decimo della dimensione del genoma umano --
con sempre più sequenze
abbiamo scoperto che avevano solo un migliaio di genomi in comune
e che le altre migliaia per ogni specie
sono prese da un'enorme piscina di geni,
e riflettono il particolare ambiente in cui la cellula si è sviluppata,
non solo la luce o la temperatura più o meno basse,
ma anche se ci sono nutrienti che li limitano
come azoto, fosforo o ferro.
Riflettono l'habitat da cui provengono.
Pensatela in questo modo.
Se ogni cellula è un cellulare
e le applicazioni sono i geni,
quando si compra un cellulare ci sono delle app preinstallate.
Quelle sono quelle che non si possono cancellare se avete un iPhone.
Le cliccate, ma non tremano e non hanno la x.
Anche se non si vogliono, non riuscite a liberarvene.
(Risate)
Quelle sono come i geni principali del Prochlorococcus.
Sono l'essenza del telefono.
Ma c'è una grande piscina di app da cui poter pescare
per personalizzare il telefono per uno stile di vita o un habitat.
Se viaggiate molto, ci saranno un sacco di app per i viaggi,
se siete esperti di finanza, ci saranno app sulla finanza,
o, se siete come me,
avrete un sacco di app per il meteo,
sperando che vi dicano quello che volete sentire.
(Risate)
E ho imparato negli ultimi giorni a Vancouver
che non c'è bisogno di una app per il meteo, ma di un ombrello.
Quindi...
(Risate)
(Applausi)
Quindi come il cellulare vi dice qualcosa su come vivete la vostra vita,
il vostro stile di vita,
leggere il genoma di una cellula di Prochlorococcus
ci parla delle pressioni nel suo ambiente.
È come leggere il suo diario,
che non dice come ha passato i gironi o gli anni,
ma ci racconta la sua storia evolutiva.
Mentre studiavamo, ho detto che abbiamo sequenziato centinaia di cellule,
e ora possiamo proiettare
le misura genetica totale,
la piscina genetica,
della federazione del Prochlorococcus, come la chiamiamo.
È come un superoganismo.
Secondo le nostre proiezioni
insieme hanno 80.000 geni.
Si tratta di quattro volte la dimensione del genoma umano.
E questa grande varietà di geni
rende loro possibile
dominare vaste zone degli oceani
e mantenere la loro stabilità
anno dopo anno.
Quando sogno ad occhi aperti i Prochlorococcus,
cosa che faccio più del necessario,
(Risate)
li immagino sguazzare in giro,
fare il loro lavoro,
mantenere il pianeta,
nutrire gli animali.
Ma finisco sempre
a pensare a che capolavoro siano,
forgiati in migliaia di anni di evoluzione.
Con 2000 geni
possono fare quello che l'ingenuità umana
non sa ancora come fare.
Prendere energia solare, CO2
e trasformarle in energia chimica sotto forma di carbonio organico,
catturare quella luce in quei legami di carbonio.
Se potessimo scoprire come ci riescono,
potremmo ispirare design
che potrebbero ridurre la nostra dipendenza dai carburanti fossili,
e con ciò concludo il cerchio della mia storia.
I carburanti fossili che bruciamo sono sepolti
e la Terra impiega milioni di anni per produrli,
inclusi gli antenati del Prochlorococcus,
e li consumiamo troppo velocemente
su scala geologica.
L'anidride carbonica nell'atmosfera sta aumentando.
È il gas serra.
Gli oceani si stanno riscaldando.
Quindi la domanda è: quale sarà la conseguenza
per il mio Prochlorococcus?
E sono certa che immaginiate che dica che i miei adorati microbi siano condannati,
ma non lo sono.
Secondo le previsioni, la loro popolazione crescerà con il riscaldamento degli oceani
aumentando del 30% entro il 2100.
Questo mi rende felice?
Sono certamente felice per il Prochlorococcus,
(Risate)
ma non per il pianeta.
Ci sono vincitori e vinti
in questo esperimento globale che stiamo facendo
e si pensa che tra i perdenti
ci saranno alcuni dei fitoplancton,
quelli carismatici
il cui numero potrebbe ridursi,
e che sono quelli che alimentano lo zooplancton che alimenta i pesci
che ci piace pescare.
Il Prochlorococcus è stato la mia musa negli ultimi 35 anni,
ma ci sono altre legioni di microbi
che mantengono il pianeta per noi.
Sono là fuori
e aspettano che noi li troviamo per raccontare anche le loro storie.
Grazie.
(Applausi)