Team 6

Team 6

Nicoletta La Rocca, Professore Associato di Fisiologia Vegetale

nicoletta.larocca@unipd.it

Dipartimento di Biologia, Università di Padova


Dr. Mariano Battistuzzi

Assegnista di ricerca,

Dipartimento di Biologia, Università di Padova

Dr. Lorenzo Cocola

Tecnologo,

Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, CNR Padova


Dr. Riccardo Claudi

Ricercatore Astronomo,

INAF, Osservatorio Astronomico,

Padova

Dr. Luca Poletto

Primo ricercatore,

Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, CNR Padova


Prof. Livio Trainotti

Prof. Associato in Botanica,

Dipartimento di Biologia, Università di Padova


Prof. Pietro Benedetti

Prof. Ordinario in Biologia molecolare,

Dipartimento di Biologia, Università di Padova

La produzione fotosintetica di ossigeno è possibile sotto luci di stelle diverse dal sole? I cianobatteri, primi organismi a fotosintesi ossigenica comparsi sulla terra, sono in grado di crescere e fotosintetizzare se esposti a spettri simulati di stelle rosse nane (di tipo M)? Che impatto potrebbe avere questa attività fotosintetica su atmosfere primordiali prive di ossigeno? Queste le domande a cui vuole rispondere il TEAM 6, un gruppo di ricerca multidisciplinare di Padova che comprende, oltre ai biologi coordinati dalla Prof.ssa Nicoletta La Rocca, anche l’astrofisico Riccardo Claudi (INAF) e gli ingegneri Luca Poletto e Lorenzo Cocola (IFN-CNR).

Setup per la simulazione di condizioni non-terrestri

a cui esporre i cianobatteri (Battistuzzi et al., 2020)

Coltura di cianobatteri all'interno della camera di simulazione atmosferica (Claudi et al., 2021)

Immagini dell’innovativo setup sperimentale costituito da un simulatore di luci stellari (SLS), una camera di simulazione di atmosfere (ASC), un rilevatore di spettri di riflettanza (RDS) ed una serie di sensori per misurare da remoto i livelli di ossigeno ed anidride carbonica sviluppati dai cianobatteri esposti alle condizioni non terrestri. Sono attualmente in corso esperimenti di esposizione dei cianobatteri a luce simulata di stelle M in atmosfere terrestri o primordiali prive di ossigeno. Vengono effettuate analisi di crescita, biochimiche e trascrittomiche utili a comprendere i processi di acclimatazione alla base delle risposte osservate.


L’interesse di questa ricerca scaturisce dal fatto che nella Zona Abitabile di stelle rosse nane (di tipo M) sono stati recentemente scoperti numerosi esopianeti rocciosi Earth-like, possibili culle di una vita extraterrestre. Da tempo gli astrobiologi si interrogano se una produzione di ossigeno ad opera di organismi fotosintetici sia possibile in questi mondi lontani, considerando che la vita per come la conosciamo dipende proprio da questo gas. La risposta non è banale perché la fotosintesi ossigenica funziona utilizzando la luce visible in cui cade il massimo dell’emissione solare, mentre le stelle M emettono nel Far Red e vicino infrarosso ed in minima parte nel visible.

Per investigare questa possibilità si è rivelata fondamentale la collaborazione e la ricerca già attiva tra i membri del TEAM 6. Questa aveva portato allo sviluppo di un setup sperimentale altamente innovativo, in grado di simulare condizioni di luce stellare e atmosfere non-terrestri e di monitorare in modo non-invasivo le variazioni dei livelli di ossigeno ed anidride carbonica derivanti dall’attività dei microorganismi fotosintetici. Nell’ambito del progetto ‘Life in Space’ il setup è stato ottimizzato e completato con un sistema di monitoraggio della crescita dei microorganismi fotosintetici basato sulla rilevazione da remoto della loro riflettanza. Per i test ci si è focalizzati sui cianobatteri che, oltre ad essere i più antichi organismi terrestri a fotosintesi ossigenica, hanno straordinarie capacità di resistere a condizioni estreme sia terrestri che non-terrestri simulate oltre ad alcune specie in grado di fotosintetizzare in luce Far Red per la capacità di sintetizzare clorofille d ed f.

I risultati fino ad ora ottenuti sono molto rilevanti dal punto di vista astrobiologico ed hanno riguardato la validazione dell’intero setup (Battistuzzi et al., 2020) e lo studio delle risposte dei cianobatteri a condizioni simulate di luce stellare di tipo M in atmosfera terrestre, dimostrando una loro capacità di crescita e un’efficienza fotosintetica simili a quelle rilevate in luce solare e molto diverse da quelle in sola luce Far Red (Claudi et al. 2021). È attualmente in corso la valutazione delle performances cianobatteriche in luce simulata di stelle M e atmosfere primordiali e le analisi di crescita, biochimiche e trascrittomiche utili a comprendere i processi di acclimatazione alla base delle risposte osservate.

Gli studi contribuiranno alla definizione dei limiti energetici e spettrali della fotosintesi ossigenica oltre alla determinazione delle relative “biosignatures” atmosferiche, utili per future esplorazioni spaziali e in campo astrobiotecnologico nei Sistemi di Supporto Vitale Bioregenerativo (BLSS).

Immagini di cianobatteri al microscopio ottico in luce visibile (sinistra) e in fluorescenza (destra). Cianobatteri vitali sono visibili nella parte inferiore delle due immagini (cellule verde brillante e fluorescenti in rosso per l’abbondante presenza di clorofilla). Cianobatteri danneggianti si osservano nelle parti superiori delle due immagini (cellule verde chiaro e cellule fluorescenti in blu) (Photo credit N. La Rocca).