Le piccole creature che danno segretamente energia al pianeta

L'oceanografa Penny Chisholm ci parla di alcuni fantastici, microscopici esseri: i Prochlorococcus, le specie fotosintetiche più abbondanti sul pianeta. Un microbo marino che esiste da miliardi di anni. I Prochlorococcus sono stati scoperti solo a metà degli anni Ottanta, ma il loro antico codice genetico potrebbe suggerirci come possiamo ridurre la nostra dipendenza dal carburante fossile.

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)