Vita oltre la Terra: come la gravità e il campo magnetico influenzano gli organismi

L’astrobiologia studia l'origine, l'evoluzione e la distribuzione della vita nell’universo. Tuttavia, gran parte degli studi astrobiologici viene condotta sul nostro pianeta, poiché per comprendere la vita nello spazio è importante partire dalla vita sulla Terra. Qui, infatti, esistono condizioni fondamentali come la gravità, che ci tiene ancorati alla superficie, e il campo geomagnetico, che ci protegge dal vento solare e dai raggi cosmici.

Il mio gruppo di ricerca ha ottenuto un finanziamento dall’Agenzia Spaziale Italiana per il progetto SPACE-µgMF (ASI 2024-13-U), grazie al quale studieremo, in collaborazione con il CNR, come le piante reagiscono alla combinazione di microgravità e campo magnetico ridotto.

Queste condizioni caratterizzeranno lo Space Gateway, la futura stazione spaziale in orbita attorno alla Luna, influenzando la salute degli astronauti nelle missioni di lunga durata. Conoscere gli effetti combinati di questi fattori è essenziale per garantire la sicurezza degli equipaggi.

Inoltre, comprendere come la vita si adatta alla microgravità e all'assenza di campo magnetico potrebbe ispirare nuove tecnologie, dai sistemi di coltivazione spaziale ai dispositivi di protezione dalle radiazioni.

Se percepiamo in ogni istante la forza di gravità, il campo magnetico terrestre, invece, ci è del tutto impercettibile. Molti animali migratori, come uccelli, tartarughe marine, balene e salmoni sono in grado di rilevarlo e sfruttarlo per orientarsi nei loro spostamenti. Questa capacità, detta magnetopercezione, può essere considerata un vero e proprio sesto senso.

Il mio gruppo di ricerca studia da anni come anche organismi non migratori, come le piante, reagiscono al variare del campo geomagnetico. Per far ciò abbiamo costruito un dispositivo che riproduce i valori del campo geomagnetico tipici dello spazio profondo.

Abbiamo così dimostrato non solo che le piante reagiscono al campo magnetico alterando il periodo di fioritura, la produttività e il loro metabolismo, ma abbiamo anche identificato una proteina coinvolta nel meccanismo di magnetopercezione (si tratta di ISCA - Iron-Sulfur Complex Assembly, la proteina di assemblaggio dei ferro-zolfo centri).

Lo studio della magnetopercezione, oltre a essere estremamente affascinante, può avere anche delle ricadute pratiche. Svelando i segreti di come alcuni organismi viventi percepiscono i campi magnetici, per esempio,

potremmo essere in grado di progettare nuovi sistemi di geolocalizzazione che ci svincolano dall’utilizzo dei satelliti orientandosi grazie ai campi magnetici ambientali.

Si potrebbero sviluppare bussole biologiche miniaturizzate ad alta precisione, basate su biosensori in grado di rilevare anche minime variazioni del campo magnetico terrestre.

Il campo magnetico terrestre, generato dal movimento dei metalli fusi che si trovano nel nucleo del pianeta, svolge un ruolo fondamentale nella protezione della vita. In mancanza di un campo magnetico significativo, come sulla Luna o su Marte, il vento solare – un flusso di particelle cariche provenienti dal Sole – può raggiungere la superficie e danneggiare il DNA e altre molecole biologiche essenziali. Anche i raggi cosmici – particelle ad alta energia provenienti dallo spazio profondo – colpiscono i pianeti privi di protezione magnetica, aumentando il rischio di mutazioni genetiche e danni cellulari.

Allo stesso modo, la gravità terrestre garantisce condizioni stabili per lo sviluppo e il mantenimento della vita, mentre sulla Luna o su Marte la gravità è significativamente ridotta. Si parla in questo caso di microgravità: una condizione di peso apparente caratteristica degli ambienti spaziali e di corpi celesti con massa ridotta. Questi corpi celesti, infatti, non solo non hanno un nucleo fuso attivo in grado di generare un campo magnetico globale, ma hanno anche una massa troppo piccola per trattenere un’atmosfera densa e stabile nel tempo. La microgravità genera temperature variabili, atmosfere rarefatte e suoli potenzialmente tossici. 

Ma qual è il nesso tra questi due fattori e quali implicazioni hanno per la vita?
Sia la microgravità sia l'assenza di campo magnetico contribuiscono a rendere la Luna e Marte degli ambienti estremi. Eventuali forme di vita dovrebbero aver sviluppato adattamenti specifici per sopravvivere a queste sfide.

Quindi, la combinazione di microgravità e assenza di campo magnetico definisce nicchie ecologiche uniche su altri corpi celesti. La ricerca di vita extraterrestre deve tenere conto di questi fattori ambientali e considerare l’esistenza di organismi adattati a tali condizioni estreme.

Nei nostri laboratori riusciamo a ottenere condizioni di microgravità simulata utilizzando una Random Positioning Machine (RPM). Applicando tali condizioni a piante, nematodi e altri invertebrati, proteine, organoidi ed enzimi ne studiamo gli effetti su crescita, sviluppo e risposta allo stress ossidativo. Inoltre, riusciamo a combinare la microgravità simulata con l’assenza di campo magnetico.

La ricerca sugli effetti combinati di microgravità e assenza di campo magnetico è un campo in rapida evoluzione, con il potenziale per rivoluzionare la nostra comprensione della vita e della sua distribuzione nell'universo. Grazie a questi studi  abbiamo appreso molto ma rimangono ancora domande aperte a cui rispondere: in quali e quante altre maniere  gli organismi reagiscono a queste condizioni? Quali segreti si celano dietro i loro meccanismi di adattamento?
L’astrobiologia ci spinge a superare i nostri limiti e a immaginare un futuro in cui la vita, in tutte le sue forme, potrà prosperare oltre i confini del nostro pianeta.