Oggi siamo abituati a pensare alla Terra come un pianeta verde e azzurro, ricco di ossigeno, piante e animali, eppure la nostra atmosfera non è sempre stata così: nei suoi primi miliardi di anni, il nostro pianeta era un mondo dominato da gas tossici, oceani ricchi di ferro e livelli di ossigeno milioni di volte più bassi di quelli attuali.
Un nuovo studio guidato da Fatima Li-Hau, ricercatrice dell’Earth-Life Science Institute (ELSI) di Tokyo, ha esplorato un periodo chiave della storia terrestre: la transizione verso un pianeta ossigenato, nota come Grande Evento di Ossidazione (GOE). E lo ha fatto analizzando un habitat molto particolare situato proprio in Giappone.
Un tuffo nel passato… termale della Terra
Per capire come si sono adattate le prime forme di vita all’arrivo dell’ossigeno, il team di ricerca ha analizzato cinque sorgenti termali giapponesi ricche di ferro ferroso (Fe²⁺), una forma solubile del metallo che oggi sopravvive solo in ambienti poveri di ossigeno.
Queste sorgenti, distribuite tra Tokyo, Akita e Aomori, ricreano condizioni simili a quelle presenti negli antichi oceani terrestri, prima che il nostro pianeta diventasse un ambiente “respirabile”.
“Sono veri e propri laboratori naturali“, afferma il Prof. Shawn McGlynn, supervisore dello studio. “Ci permettono di osservare come funzionavano gli ecosistemi microbici prima dell’ascesa di piante e animali”.
Ecosistemi microbici d’altri tempi
I ricercatori hanno scoperto che batteri ferro-ossidanti microaerofili, capaci di sopravvivere con poco ossigeno e ricavare energia dal ferro, dominavano in quattro sorgenti su cinque e accanto a loro c’erano anche alcuni cianobatteri, noti per la loro capacità di produrre ossigeno tramite fotosintesi, anche se in quantità modeste.
In una sola delle sorgenti (nella prefettura di Akita), la situazione era diversa: lì dominavano microrganismi con metabolismi alternativi, non basati sul ferro, mostrando l’estrema varietà di strategie evolutive possibili anche in ambienti simili.
Grazie all’analisi metagenomica, il team ha assemblato oltre 200 genomi microbici di alta qualità e ricostruito nel dettaglio il funzionamento di questi ecosistemi: cicli del carbonio, dell’azoto, e persino un ciclo “nascosto” dello zolfo, nonostante la scarsa presenza di zolfo nell’ambiente.
Quando l’ossigeno era un problema
Per gli organismi primitivi, l’ossigeno non era una risorsa: era un rifiuto tossico, prodotto da altri microrganismi, ma, come spesso accade in natura, la vita ha trovato un modo per adattarsi; alcuni batteri hanno iniziato a sfruttare l’ossigeno insieme al ferro, trasformando un problema in una nuova fonte di energia.
Questi ecosistemi “ibridi”, con anaerobi, ossidatori del ferro e fototrofi ossigenici tutti insieme, rappresentano un modello credibile della Terra prima delle foreste e degli animali.
“Abbiamo osservato un pattern ricorrente: comunità miste in grado di mantenere cicli biogeochimici completi anche in presenza di poco ossigeno e tanto ferro. È una finestra sul passato del nostro pianeta”, spiega Li-Hau.
Un aiuto per cercare la vita su altri pianeti?
Oltre a raccontarci qualcosa di affascinante sul nostro passato, questi risultati offrono spunti preziosi per l’astrobiologia. Se la vita ha potuto prosperare in ambienti simili sulla Terra, potremmo trovare segni di vita su pianeti o lune con condizioni analoghe, come Marte o alcune lune di Giove e Saturno.
Lo studio conferma che anche ambienti “estremi” possono ospitare ecosistemi complessi e resilienti, capaci di evolversi e adattarsi a cambiamenti ambientali radicali.
L’istituto dietro la scoperta
L’Earth-Life Science Institute (ELSI) è uno dei centri di ricerca d’eccellenza giapponesi all’interno del programma WPI – World Premier International Research Center Initiative, che mira ad attirare menti brillanti da tutto il mondo per risolvere le grandi domande scientifiche; il focus di ELSI è studiare l’origine e la co-evoluzione della vita e del pianeta Terra.
Dal 2024, ELSI fa parte dell’Institute of Science Tokyo, nato dalla fusione tra due prestigiose università giapponesi: Tokyo Tech e Tokyo Medical and Dental University.
