La vita nelle profondità della Terra suggerisce che i microbi potrebbero abitare il sottosuolo di altri pianeti

Scoperto un mondo sconosciuto: è la Terra. Nel sottosuolo c’è molta più vita di quanto credevamo

Gli organismi che vivono sottoterra e sotto i fondali marini stoccano tra 15 e 23 miliardi di tonnellate di carbonio, centinaia di volte più degli esseri umani

[11 Dicembre 2018]

Secondo gli scienziati del Deep Carbon Observatory (Dco) che stanno per concludere la loro partnership decennale per rivelare i segreti più nascosti della Terra, «I batteri “zombi” che si possono dire a mala pena viventi e altre forme di vita costituiscono un’immensa quantità di carbonio nel sottosuolo della Terra, da 245 a 385 volte più grande della massa di carbonio di tutti gli esseri umani sulla superficie».

Il team del Dco ha esplorato le “Galapagos del profondo” e ha aggiunto al poco che era noto sull’ecosistema più incontaminato della Terra molti dati sconosciuti e che si ritenevano inconoscibili e spiegano che «Batteri, archaea e altri microbi, alcuni dei quali zombi, esistono anche sotto la superficie più profonda conosciuta e sono più strani delle loro controparti di superficie, Circa il 70% dei batteri e degli  archaea della Terra vivono sottoterra, La vita nelle profondità della Terra suggerisce che i microbi potrebbero abitare il sottosuolo di altri pianeti»

I batteri “zombi” a mala pena viventi e altre forme di vita costituiscono un’immensa quantità di carbonio nel sottosuolo della Terra, da 245 a 385 volte più grande della massa di carbonio di tutti gli esseri umani sulla superficie, secondo gli scienziati prossimi alla fine di un decennio internazionale collaborazione per rivelare i segreti più nascosti della Terra.

Alla vigilia del meeting annuale dell’American Geophysical Union, gli scienziati del Dco hanno presentato le loro eccezionali scoperte che comprendono quanti e quali tipi di vita esistono nel sottosuolo profondo a grandissime pressioni e temperature e con scarsi nutrienti ed energia disponibili. Trivellando fino a 2,5 Km nel fondale marino e campionando i microbi provenienti dalle miniere continentali e pozzi trivellati più di 5 km di profondità, il team ha utilizzato i risultati per costruire modelli dell’ecosistema di profondità del nostro  pianeta. Partendo da centinaia di siti sotto i continenti e i mari, hanno valutato le dimensioni della biosfera di profondità in 2 – 2,3 miliardi di Km3i (quasi il doppio del volume di tutti gli oceani), mentre la massa di carbonio della vita che vive nelle profondità della Terra sarebbe tra i 15 e i 23 miliardi di tonnellate (una media di almeno 7,5 tonnellate di carbonio per metro quadrato di superficie).

Tra molte scoperte e intuizioni chiave di questa imponente serie di studi sono gli scienziati evidenziano che: la profonda biosfera costituisce un mondo che può essere visto come una sorta di “Galapagos sotterranee” e include membri di tutti e tre i domini della vita: batteri e archaea (microbi senza nucleo collegato alla membrana) ed eucariota (microbi o organismi pluricellulari con cellule) che contengono un nucleo così come organelli collegati alla membrana),

Due tipi di microbi-batteri e arcaea dominano la Terra Profonda. Tra questi ci sono milioni di tipi distinti, la maggior parte ancora da scoprire o caratterizzare. Questa cosiddetta “materia oscura” microbica espande drammaticamente la nostra prospettiva riguardo all’albero della vita. Gli scienziati di Deep Life dicono che «circa il 70% dei batteri e archaea della Terra vivono nel sottosuolo».

I microbi di profondità profondi sono spesso molto diversi dai loro cugini di superficie, con cicli vitali su scale temporali geologiche, cibandosi in alcuni casi nient’altro che l’energia prodotta dalle rocce.

La diversità genetica della vita sotto la superficie è paragonabile o superiore a quella sopra la superficie. Mentre le comunità microbiche sottosuperficiali sono molto diverse nei diversi ambienti, alcuni generi e gruppi tassonomici superiori sono onnipresenti: compaiono in tutto il pianeta.

La ricchezza della comunità microbica è collegata all’età dei sedimenti marini in cui si trovano le cellule, suggerendo che nei sedimenti più vecchi l’energia alimentare è diminuita nel tempo, riducendo la comunità microbica.

I limiti assoluti della vita sulla Terra in termini di temperatura, pressione e disponibilità di energia devono ancora essere scoperti. I record vengono battuti continuamente. Uno degli organismi della Terra che vive più al caldo nel mondo naturale è Geogemma Barossii, un organismo unicellulare che prospera nei camini idrotermali sul fondale marino. Le sue cellule, microscopiche sfere, crescono e si riproducono a 121 gradi Celsius (21 gradi più caldo del punto di ebollizione dell’acqua).

La vita microbica può sopravvivere fino a 122° C, il record raggiunto in una cultura di laboratorio (al confronto, il posto più caldo che detiene il record sulla superficie della Terra, in un deserto iraniano disabitato, è di circa 71° C, la temperatura di una bistecca ben cotta).

Il record di profondità alla quale è stata trovata la vita nel sottosuolo continentale è di circa 5 km; il record nei fondali marini è di 10,5 km dalla superficie dell’oceano, una profondità con pressioni estreme, ad una profondità di 4000 metri, ad esempio, la pressione è circa 400 volte maggiore rispetto al livello del mare.

Gli scienziati hanno una migliore comprensione dell’impatto sulla vita nelle aree sotterranee utilizzate dagli esseri umani (ad esempio, il fraking degli scisti e la carbon capture and storage)

L’accuratezza sempre crescente e il costo decrescente del sequenziamento del DNA, insieme alle scoperte nelle tecnologie di perforazione oceanica profonda (pioniere la nave scientifica giapponese Chikyu , progettata per perforare in profondità sotto i fondali marini in alcune delle regioni più attive dal punto di vista sismico) hanno reso possibile ai ricercatori dare un primo sguardo dettagliato alla composizione della biosfera profonda. CI sono studi simili che puntano a trivellare ancora più in profondità al di sotto degli ambienti continentali, usando dispositivi di campionamento che mantengono la pressione per preservare la vita microbica e che finora nessuno pensava potesse rappresentare una qualche minaccia o beneficio per la salute umana.

Per valutare la massa totale della vita di profondità subcontinentale della Terra, il team ha raccolto dati sulla concentrazione cellulare e sulla diversità microbica in siti di tutto il mondo.

Guidati da Cara Magnabosco del Flatiron Institute Center for Computational Biology di New York, gli scienziati hanno preso in considerazione una serie di dati tra i quali il caldo globale, la temperatura superficiale, la profondità e la litologia, le caratteristiche fisiche delle rocce in ogni località, stimando così che «Il sottosuolo continentale ospita da 2 a 6 × 10²⁹ cellule». Insieme alle stime della vita sottosuperficiale sotto gli oceani, «La biomassa totale della Terra profonda globale è di circa 15-23 petagrammi (da 15 a 23 miliardi di tonnellate) di carbonio».

Lo statunitense Mitch Sogin del Marine Biological Laboratory Woods Hole e co-presidente della Dco’s Deep Life community che riunisce oltre 300 ricercatori di 34Paesi, evidenzia che «Esplorare il sottosuolo profondo è come esplorare la foresta pluviale amazzonica. C’è vita ovunque, e ovunque c’è un’abbondante ricchezza di organismi inaspettati e insoliti. Gli studi molecolari aumentano la probabilità che la materia oscura microbica sia molto più varia di quella che attualmente sappiamo, e i rami più ramificati sfidano il concetto dei tre domini introdotto da Carl Woese nel 1977. Forse ci stiamo avvicinando a un nesso dove i più antichi schemi della ramificazione possibili  potrebbero essere accessibili attraverso un’indagine sulla vita di profondità».

Karen Lloyd, dell’università del Tennessee – Knoxville, ricorda che «Dieci anni fa, sapevamo molto meno sulle fisiologie dei batteri e dei microbi che dominano la biosfera del sottosuolo. Oggi sappiamo che, in molti sitii, investono la maggior parte della loro energia semplicemente per mantenere semplicemente la loro esistenza e poca per crescere, il che è un modo affascinante di vivere. Oggi, sappiamo anche che la vita di sottosuperficie è comune. Dieci anni fa, avevamo testato solo alcuni siti, il tipo di luoghi nei quali ci aspettavamo di trovare della vita. Ora, grazie al campionamento ultra-profondo, sappiamo che possiamo trovarla praticamente ovunque, anche se il campionamento ha ovviamente raggiunto solo una parte infinitamente piccola della biosfera profonda».

Rick Colwell, dell’Oregon State University, conferma: «I nostri studi sui microbi della biosfera profonda hanno prodotto molte nuove conoscenze, ma anche una realizzazione e un apprezzamento molto maggiore di quanto dobbiamo ancora imparare sulla vita sottosuperficiale. Ad esempio, gli scienziati non conoscono ancora tutti i modi in cui la vita del sottosuolo profondo influisce sulla vita superficiale e viceversa. E, per ora, possiamo solo ammirare la natura dei metabolismi che permettono alla vita di sopravvivere nella Terra profonda  in condizioni estremamente povere e minacciose per la vita».

Tra i tanti enigmi rimasti da risolvere sulla vita nella Terra profonda gli scienziati del Dco citano: :

Movimento: come si diffonde la vita di profondità, lateralmente attraverso le crepe nelle rocce? Sottosopra? Come può la vita profonda essere così simile in Sud Africa e Seattle, a Washington? Per esempio, ha  avuto origini simili ed è stata separata dalla tettonica a placche? O le comunità stesse si spostano? Quali ruoli svolgono i grandi eventi geologici (come la tettonica a placche, i terremoti, la creazione di grandi province ignee, i bombardamenti meteoritici) nei movimenti della vita profonda?

Origini : la vita è iniziata in profondità nella Terra (sia all’interno della crosta, vicino a camini idrotermici, o nelle zone di subduzione) quindi ha migrato verso l’alto, verso il sole? O la vita è iniziata in un caldo laghetto superficiale e migrata  verso il basso? Come si riproducono gli zombi microbiali sotterranei, oppure vivono da milioni a decine di milioni di anni senza dividersi?

Energia : metano, idrogeno o radiazioni naturali (dall’uranio e da altri elementi) sono la fonte di energia più importante per la vita profonda? Quali fonti di energia profonda sono più importanti in contesti diversi? In che modo l’assenza di sostanze nutritive e temperature e pressioni estreme influiscono sulla distribuzione microbica e sulla diversità nel sottosuolo?

La comunità scientifica si trova di fronte a un nuvo mondo nascosto e sconosciuto e i commenti fioccano, Per Robert Hazen,  del Geophysical laboratory della arnegie Institution for Science e direttore esecutivo del Dco, «Le scoperte riguardanti la natura e l’estensione della biosfera microbica profonda sono tra i risultati incoraggianti del Deep Carbon Observatory. I ricercatori della vita profonda ci hanno aperto gli occhi su panorami straordinari, visioni emergenti della vita che non avevamo mai saputo esistessero».

Jesse Ausubel, della Rockefeller University e fondatore del Dco, aggiunge: «Non sono ornamenti natalizi, ma le minuscole palline e gli orpelli della vita profonda sembrano poter decorare un albero e un vetro Swarovski. Perché la natura renderebbe bella la vita profonda quando non ci sono né luce né specchi?»

Kai-Uwe Hinrichs, dell’università MARUM di Brema, sottolinea che «La vita profonda ha probabilmente un impatto importante sui cicli biogeochimici globali e quindi sul mondo di superficie. Tuttavia, siamo ancora lontani dal quantificare questo impatto».

Fumio Inagaki, della Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology,spiega «Persino in condizioni oscure ed energicamente difficili, gli ecosistemi intraterrestri si sono evoluti in modo univoco e persistono da milioni di anni. Ampliare la nostra conoscenza della vita profonda ispirerà nuove intuizioni sull’abitabilità planetaria, portandoci a capire perché la vita è emersa sul nostro pianeta e se la vita persiste nel sottosuolo marziano e in altri corpi celesti».

Bénédicte Ménez, dell’Institut de Physique du Globe di Parigi, fa notare: «Anche se siamo lontani dall’essere in grado di quantificarlo, crediamo che Deep Life abbia un impatto importante sui cicli biogeochimici globali e sugli equilibri chimici nelle rocce abitabili. Per esempio, la vita profonda svolge un ruolo nella qualità della falda freatica o  nella carbon capture and storage (CCS). Sfortunatamente, la biosfera profonda è molto poco considerata nelle operazioni di ingegneria eseguite nel sottosuolo: recentemente abbiamo dimostrato l’elevata reattività del biota profondo alle iniezioni di CO2 (CCS), che alla fine hanno portato al bioclogging del pozzetto e del serbatoio di iniezione».

Isabelle Daniel, dell’Université Lyon 1, conclude: «Un decennio fa, non avevamo idea che le rocce sotto i nostri piedi potessero essere così vastamente abitate. Indagini sperimentali ci avevano detto che i microbi potrebbero potenzialmente sopravvivere a grande profondità. A quel tempo, non avevamo prove,e questo è diventato reale dieci anni dopo. Tutto questo è semplicemente affascinante e stimolerà sicuramente l’entusiasmo per cercare la fascia biotico-abiotica sulla Terra e altrove».