I microbi dei sedimenti marini a 6.000 metri di profondità sono resuscitati dopo 100 milioni di anni (VIDEO)

Erano dormienti a 100 metri sotto il fondale e sono affamati e pronti a crescere e moltiplicarsi

[30 Luglio 2020]

Per decenni, per comprendere meglio i climi del passato, la tettonica a placche e l’ecosistema marino di profondità, gli scienziati hanno raccolto dalle profondità marine campioni di antichissimi sedimenti. Ora, il nuovo  studio “Aerobic microbial life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million years”, pubblicato su Nature Communications da un team di ricercatori giapponesi e statunitensi, rivela che, dato loro il cibo giusto nelle giuste condizioni di laboratorio, i microbi raccolti da sedimenti risalenti a oltre 100 milioni di anni possono rianimarsi e moltiplicarsi, anche dopo essere stati dormienti già quando i grandi dinosauri si aggiravano ancora per il pianeta.

Il team di ricerca costituito da ricercatori della Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC), dalla Graduate School of Oceanography dell’università del Rhode Island, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology della Kochi University e Marine Works Japan, ha messo insieme  gli antichi campioni di sedimenti raccolti 10 anni fa durante una spedizione nel South Pacific Gyre, l’area dell’oceano con la più bassa produttività e il minor numero di nutrienti disponibili per alimentare la rete alimentare marina.

Il principale autore dello studio, Yuki Morono, senior scientist del JAMSTEC, spiega che «La nostra domanda principale era se la vita potesse esistere in un ambiente così limitato dai nutrienti o se questa fosse una zona senza vita. E volevamo sapere per quanto tempo i microbi potrebbero sostenersi in vita in una quasi assenza di cibo».

Sul fondo del mare, ci sono strati di sedimenti costituiti da neve marina, i detriti organici provenienti continuamente dalla superficie del mare, polvere e particelle trasportate dal vento e dalle correnti oceaniche. Piccole forme di vita come i microbi rimangono intrappolate in questo sedimento.

A bordo della nave da ricerca JOIDES Resolution, il team nippo-statunitense ha trivellato numerosi nuclei di sedimenti 100 metri sotto il fondo del mare e quasi 6.000 metri sotto la superficie dell’oceano e gli scienziati hanno scoperto che «L’ossigeno era presente in tutti i nuclei, suggerendo che se i sedimenti si accumulano lentamente sul fondo del mare ad una velocità non superiore a un metro o due ogni milione di anni, l’ossigeno penetrerà fino al fondo del seminterrato. Tali condizioni rendono possibile la sopravvivenza dei microrganismi aerobici (quelli che richiedono ossigeno per sopravvivere) per tempi geologici di milioni di anni».

Grazie a raffinate procedure di laboratorio, il team guidato da Morono, hanno incubato gli antichissimi campioni per “convincere” i microbi che ospitavano a svilupparsi e «I risultati hanno dimostrato che, anziché essere resti di vita fossilizzati, i microbi nei sedimenti erano sopravvissuti ed erano in grado di crescere e dividersi».

L’analisi genetica dei microbi ha rivelato che appartenevano a più di 8 gruppi batterici noti, molti dei quali si trovano comunemente altrove nell’acqua salata dove svolgono un ruolo importante nella scomposizione della materia organica. Kenneth Nealson, un microbiologo ambientale in pensione della of Southern California che non ha partecipato allo studio, ha detto a Elizabeth Pennisi di Science che questo «Suggerisce che imparare a sopravvivere in condizioni di estrema limitazione energetica è un’abilità diffusa, qualcosa che potrebbe essersi evoluta presto, quando i microbi non potevano nutrirsi molto. Potrebbe essere stato un trucco per la sopravvivenza molto utile».

Un altro autore dello studio, Steven D’Hondt dell’università del Rhode Island, sottolinea: «Sapevamo che c’era vita in profondità nel sedimento vicino ai continenti dove c’era molta materia organica sepolta. Ma quello che abbiamo scoperto è che la vita si estende nell’oceano profondo dal fondo del mare fino allo basamento roccioso sottostante».

Per capire se negli antichissimi sedimenti potesse esserci la vita, il team di Morono ha estratto con cura piccoli campioni di argilla dai centri dei nuclei perforati, li ha messi in fiale di vetro e ha aggiunto composti semplici, come acetato e ammonio, che contenevano forme più pesanti – o isotopi – di azoto e carbonio che potrebbe essere rilevato nei microbi viventi. Il giorno in cui il gruppo ha “nutrito” per la prima volta i campioni di fango con questi composti, e fino a 557 giorni dopo, il team ha estratto frammenti di argilla dai campioni e li ha sciolti per individuare eventuali microbi viventi, nonostante nell’argilla non ci fosse cibo per loro. Dal fondale marino sono stati estratti almeno 100.000 celle per centimetro cubo di fango, ma in questi campioni, non c’erano più di 1.000 batteri. Quindi, i biologi hanno dovuto sviluppare tecniche specializzate come l’uso di traccianti chimici per rilevare l’eventuale presenza di acqua di mare contaminante nei campioni e un modo per analizzare quantità molto piccole di cellule e isotopi. «La preparazione e le cure necessarie per svolgere questo lavoro sono state davvero impressionanti», sottolinea Nealson. I nutrienti aggiunti hanno resuscitato una varietà di batteri che utilizzano l’ossigeno. Nei campioni dello strato di  sedimenti di 101,5 milioni di anni, i microbi sono  aumentati di 4 ordini di grandezza, fino a raggiungere gli oltre 1 milione di cellule per centimetro cubo dopo 65 giorni.

Inizialmente Morono è rimasto sorpreso dai risultati di laboratorio: «All’inizio ero scettico, ma abbiamo scoperto che fino al 99,1% dei microbi nei sedimenti depositati 101,5 milioni di anni fa erano ancora vivi ed erano pronti a mangiare».

Grazie alla capacità recentemente sviluppata di crescere, manipolare e caratterizzare i microrganismi antichi, il team di ricerca è impaziente di applicare un approccio simile ad altre domande rimaste irrisolte sul passato geologico. Secondo Morono, «La vita per i microbi nel sottosuolo è molto lenta rispetto alla vita sopra di esso, e quindi la velocità evolutiva di questi microbi è più lenta. Vogliamo capire come o se questi antichi microbi si sono evoluti. Questo studio dimostra che il sottosuolo è un luogo eccellente per esplorare i limiti della vita sulla Terra».

Prima di pensare alla ricerca futura, D’Hondt si è preso del tempo per riflettere sui risultati dello studio appena pubblicato: «La cosa più eccitante di questo studio è che dimostra che non ci sono limiti alla vita nell’antico sedimento dell’oceano del mondo. Nei sedimenti più antichi che abbiamo trivellato, con la minima quantità di cibo, ci sono ancora organismi viventi e possono svegliarsi, crescere e moltiplicarsi».

Virginia Edgcomb, ecologa microbica della Woods Hole Oceanographic Institution che non ha partecipato allo studio, commenta su ScienceIl nuovo studio dimostra che la vita microbica è molto persistente e spesso trova il modo di sopravvivere»-

Inoltre, dimostrando che la vita può sopravvivere in luoghi che un tempo i biologi ritenevano inabitabili, la ricerca parla anche della possibilità che ci sia vita altrove nel Sistema Solare o nell’Universo e, sempre su Scince. Andreas Teske, un microbiologo dell’università della North Carolina – Chapel Hill, che non è stato coinvolto nel nuovo studio, fa notare che «Se la superficie di un particolare pianeta non sembra promettente per la vita, potrebbe trattenerla nel sottosuolo».

I ricercatori non sanno cosa abbiano fatto i microbi del South Pacific Gyre in tutti questi milioni di anni. La maggior parte delle specie che hanno trovato non formano spore, che sono una fase di vita inattiva che alcuni batteri utilizzano in condizioni sfavorevoli. Potrebbe darsi che i batteri si siano divisi molto lentamente per tutto questo tempo, il che renderebbe quelli isolati in questo studio i lontani discendenti degli antenati di milioni di anni. Ma nei sedimenti delle acque profonde c’è così poco cibo che molto probabilmente i microbi potrebbero fare poco più che riparare una qualche molecola danneggiata. D’Hondt sottolinea che «Se non si dividono affatto, vivono per 100 milioni di anni, ma sembra folle. Mi chiedo se ci sia un’altra fonte di energia non riconosciuta – forse la radioattività – laggiù che consente una lenta divisione da parte dei batteri, che probabilmente sono rimasti intrappolati in questi sedimenti mentre venivano sepolti da altri sedimenti». .

Su Science, Bo Barker Jørgensen, un microbiologo marino dell’università di Aarhus che non è stato coinvolto nello studio, conclude: «Basse quantità di cibo ed energia sembrano non fissare il limite ultimo per la vita sulla Terra».

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  • Aerobic microbial life persists in oxic marine sediments as old as 101.5 million years