Come gli organismi sintetici potrebbero terraformare la Terra

L'inesorabile aumento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera e il costante aumento delle temperature globali sollevano la spaventosa prospettiva di un cambiamento significativo del clima terrestre. In effetti, le prove sembrano chiare che il nostro clima sta cambiando rapidamente.

Quindi scienziati e politici di tutto il mondo sono alla ricerca di modi per fermare o invertire questi cambiamenti, un compito irto di difficoltà in un mondo dipendente dai combustibili fossili. Un'opzione sempre più discussa è la terraformazione: alterare deliberatamente l'ambiente in modo da raffreddare il pianeta, magari assorbendo anidride carbonica o riflettendo la luce solare

Per avere un impatto, questo tipo di modifiche ai piani deve avere una portata globale e richiedere progetti di ingegneria di scala prima inimmaginabile. Questo ha portato i bioingegneri a pensare che potrebbe esserci un'opzione alternativa.

Invece di creare progetti di ingegneria globale, perché non creare forme di vita che facciano invece un lavoro simile. Il grande vantaggio di questo approccio è che gli organismi crescono naturalmente e possono diffondersi in vaste aree del pianeta grazie ai normali meccanismi della vita. Pertanto, il processo di terraformazione del paesaggio avverrebbe con il minimo input umano. Che cosa potrebbe andare storto?

Abbondanza. La grande paura è che questi approcci possano avere conseguenze inaspettate e non intenzionali per il pianeta. Uno scenario da incubo è che gli organismi possano attivare involontariamente meccanismi di feedback che accelerano il riscaldamento globale piuttosto che mitigarlo. Quindi una domanda importante è come prevenire questo scenario.

Oggi riceviamo alcune risposte grazie al lavoro di Ricard Sole e dei suoi amici presso l'ICREA-Complex Systems Lab di Barcellona, ​​in Spagna. Questi ragazzi esplorano vari modi per creare organismi sintetici che rendono quasi impossibile innescare cicli di feedback non intenzionali che danneggiano il pianeta.

Iniziano sottolineando che un problema particolare è la possibilità di crescita esplosiva di popolazioni di organismi sintetici quando vengono introdotti o la loro diffusione in un particolare ambiente. Un modo per prevenire la crescita esplosiva indesiderata è utilizzare una versione modificata di un organismo esistente che mostra una stretta relazione con un'altra specie associata all'habitat bersaglio, dicono.

Quindi la crescita di una popolazione di organismi dipende dalla dinamica della popolazione di un'altra. Recenti studi sperimentali indicano che un tale legame mutualistico progettato può essere creato forzando artificialmente una forte dipendenza metabolica e anche con l'aiuto dell'ingegneria genetica, dicono.

Sole e compagni passano un po' di tempo ad esplorare questa idea. Sottolineano che questa interdipendenza richiede un doppio feedback positivo in cui la specie sintetica beneficia, e ne beneficia, il suo ospite. Questo scenario è legato alle relazioni simbiotiche che caratterizzano diversi tipi di associazioni naturali, come i batteri che fissano l'azoto che vivono nei noduli delle radici delle piante, sostengono.

Esistono anche forme di interdipendenza meno dirette. La cooperazione può sorgere anche quando una specie modifica l'ambiente esistente in modo da consentire a una specie partner di prosperare e creare maggiori opportunità di crescita per la prima.

Ad esempio, potrebbe essere possibile progettare un microbo per rilasciare un qualche tipo di proteina in grado di aumentare la ritenzione idrica. Altri organismi come le piante possono quindi utilizzare questa acqua trattenuta.

C'è un altro modo per influenzare la crescita della popolazione: limitando l'approvvigionamento alimentare. Sole e compagni suggeriscono di modificare geneticamente gli organismi in modo che possano nutrirsi solo di rifiuti umani, come immondizia o liquami. Al di fuori di questo ambiente, muoiono semplicemente.

Un buon candidato potrebbe essere l'immondizia di plastica nell'oceano che è noto per essere colonizzata da molte specie diverse, inclusi diversi generi microbici, come Vibrio, dicono Sole e co. Sottolineano che, nonostante il rapido aumento dei rifiuti di plastica scaricati nell'oceano, la quantità osservata è molto inferiore al previsto. [Questo suggerisce] (tra le altre possibilità) che anche alcune specie microbiche in grado di attaccarsi ai polimeri plastici li stanno degradando, dicono.

È un'idea interessante. Se intendiamo modificare attivamente l'ambiente per affrontare problemi come il riscaldamento globale, ha senso utilizzare il potenziale di crescita e colonizzazione offerto dalla vita. È sicuramente più facile che progettare una struttura di qualche tipo per influenzare il pianeta su scala globale.

Ma è anche un'idea controversa. Sole e colleghi affermano che l'interdipendenza incorporata in questi modelli impedisce la crescita incontrollata o i cicli di feedback perché deve accadere a entrambe le specie contemporaneamente ed è altamente improbabile.

Ma non è affatto impossibile. E c'è anche l'evoluzione con cui fare i conti. Mentre gli organismi sintetici rilasciati in natura possono essere al sicuro, alcuni milioni di generazioni dopo, i loro antenati potrebbero non esserlo.

Sole e compagni cercano di smorzare queste paure sottolineando che gli umani hanno già cambiato la Terra. Nonostante il lungo, prolungato e profondo impatto antropogenico su molti di questi nuovi ecosistemi, possono mostrare una ricchezza e una resilienza che ci ricorda il potenziale della natura di ricostruirsi, dicono. D'altra parte, mostrano anche quanto possano essere tenaci le forme di vita e quanto sia difficile invertire questi cambiamenti una volta che si sono verificati.

Rilasciare forme di vita sintetiche con l'obiettivo specifico di terraformare la Terra potrebbe un giorno essere una necessità urgente. Se e quando quel giorno arriverà, speriamo di essere contenti della ricerca che ha caratterizzato come avverrà questa terraformazione.

Rif: arxiv.org/abs/1503.05043 : Disegni di circuiti sintetici per la Terraformazione

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