Vita sotterranea: la Terra ne ospita una quantità enorme fino a profondità incredibili

Gli scienziati dell’Osservatorio Deep Carbon hanno riportato diverse scoperte trasformazionali, tra cui quanti e quali tipi di vita esistono nel sottosuolo profondo, perfino ai più estremi livelli di pressione, temperatura e scarsa disponibilità di nutrienti.

Perforando il fondale marino ad una profondità di 2,5 chilometri e campionando microrganismi provenienti da miniere continentali e pozzi profondi più di 5 km, gli scienziati hanno costruito modelli dell’ecosistema delle profondità del nostro pianeta.

La vita prospera nelle profondità

Le dimensioni della biosfera profonda della Terra sono state valutate tra i 2 a 2,3 miliardi di chilometri cubici (quasi il doppio del volume di tutti gli oceani), così come la massa di carbonio costituita da tutte le forme di vita presenti in profondità: tra le 15 e i 23 miliardi di tonnellate (una media di almeno 7,5 tonnellate di carbonio per metro quadrato di superficie).

Questo lavoro potrà aiutarci anche nel determinare i possibili ambienti extraterrestri che potrebbero supportare la vita, per esempio su Marte, la cui superficie attuale ci appare problematica per la vita come la conosciamo ma nelle cui profondità potrebbero essere sopravvissuti, come nelle profondità della Terra, microorganismi risalenti a quando le condizioni del pianeta erano più ospitali (ammesso che su Marte si sia mai sviluppata la vita).

Tra le molte scoperte e le intuizioni chiave ricavate dallo studio:

• 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, archaea (microbi senza nucleo legato alla membrana) ed eucariota (microbi o organismi pluricellulari con cellule che contengono un nucleo così come organelli legati 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 sull’albero della vita. Gli scienziati di Deep Life dicono che circa il 70% dei batteri e degli archeea della Terra vivono nel sottosuolo.
• I microbi che vivono in profondità sono spesso molto diversi dai loro cugini di superficie, con cicli vitali su scale temporali geologiche, capaci, inoltre, di nutrirsi ricavando energia 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 tra gli ambienti, alcuni generi e gruppi tassonomici superiori sono onnipresenti, compaiono, cioè, su tutto il pianeta.
• La ricchezza della comunità microbica si riferisce 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 trovati. I record si rompono continuamente. Un capofila per l’organismo capace di vivere negli ambienti più caldi della Terra nel mondo naturale è Geogemma Barossii, un organismo unicellulare che prospera nelle bocche idrotermali sul fondo marino. Le sue cellule, microscopiche sfere, crescono e si riproducono a 121 gradi Celsius (21 gradi sopra il punto di ebollizione dell’acqua). La vita microbica può sopravvivere fino a 122° C, questo è il record raggiunto in una coltura di laboratorio (al confronto, il posto più caldo dove resiste la vita sulla superficie della Terra, un deserto iraniano disabitato, è di circa 71° C, la temperatura di una bistecca ben cotta).
• La profondità maggiore alla quale è stata trovata, finora, la vita nel sottosuolo continentale è di circa 5 km; il record nelle acque marine è di 10,5 km dalla superficie dell’oceano, una profondità dove insiste pressione estrema; ad una profondità di 4000 metri, ad esempio, la pressione è circa 400 volte maggiore rispetto al livello del mare.
• Gli scienziati ora hanno una migliore comprensione dell’impatto sulla vita nelle aree sotterranee manipolate dagli esseri umani (ad esempio, scisti frantumati, cattura e stoccaggio del carbonio)

L’accuratezza sempre crescente e il costo decrescente del sequenziamento del DNA, insieme al miglioramento delle tecnologie di perforazione oceanica profonda, hanno reso possibile per i ricercatori dare, per la prima volta, uno sguardo dettagliato alla composizione della biosfera profonda.

Ci sono sforzi analoghi per perforare sempre più in profondità al di sotto degli ambienti continentali, usando dispositivi di campionamento che mantengono la pressione per preservare la vita microbica.

Guidati da Cara Magnabosco del Flatiron Institute Center for Computational Biology, New York, e da un team internazionale di ricercatori, i ricercatori hanno preso in considerazione una serie di fattori, tra cui il flusso di calore globale, la temperatura superficiale, la profondità e la litologia: le caratteristiche fisiche delle rocce in ogni posizione  per stimare che la superficie subsferica continentale ospiterebbe da 2 a 6 × 10 ^ 29 cellule.

In combinazione con le stime della vita sottosuperficiale sotto gli oceani, la biomassa totale esistente nelle profondità della Terra è di circa 15-23 petagrammi (da 15 a 23 miliardi di tonnellate) di carbonio.

Mitch Sogin del Marine Biological Laboratory Woods Hole, USA, co-presidente della comunità Deep Life di DCO composta da oltre 300 ricercatori in 34 paesi ha detto: “Esplorare il profondo sottosuolo è come esplorare la foresta pluviale amazzonica. 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 quanto attualmente crediamo e le branche più ramificate sfidano il concetto di tre domini introdotto da Carl Woese nel 1977. Forse ci stiamo avvicinando a un punto grazie al quale i più antichi schemi di ramificazione della vita potrebbero essere accessibili attraverso indagini approfondite“.

“Dieci anni fa, sapevamo molto meno sulle fisiologie dei batteri e dei microbi che dominano la biosfera del sottosuolo“, afferma Karen Lloyd, University of Tennessee a Knoxville, USA. “Oggi sappiamo che, in molti luoghi, le forme di vita investono la maggior parte della loro energia per mantenere semplicemente la loro esistenza e poco per crescere, che è un modo affascinante di vivere.

Oggi sappiamo che la vita nelle profondità del sottosuolo è comune: dieci anni fa avevamo campionato solo alcuni siti, il tipo di luoghi in cui ci aspettavamo di trovare la vita. Ora, grazie al campionamento ultra-profondo, sappiamo che possiamo trovare la vita microbica praticamente dappertutto, anche se il campionamento ha ovviamente raggiunto solo una parte infinitamente piccola della biosfera profonda“.

“I nostri studi sui microbi di profondità della biosfera hanno prodotto molte nuove conoscenze, ma anche una realizzazione e un apprezzamento molto maggiore di quanto dobbiamo ancora imparare sulla vita sottosuperficiale“, afferma Rick Colwell, Oregon State University, USA. “Ad esempio, gli scienziati non conoscono ancora tutti i modi in cui la vita profonda del sottosuolo influisce sulla vita superficiale e viceversa e, per ora, possiamo solo ammirare la natura dei metabolismi che permettono alla vita di sopravvivere nell’ambiente estremamente impoverito e ostile nelle profondità della Terra.”

Gli enigmi rimasti sulla vita nelle profondità della Terra

Movimento: come si diffonde la vita profonda, lateralmente attraverso le crepe nelle rocce? Sottosopra? Come può la vita profonda essere così simile in Sud Africa e Seattle, o a Washington? I diversi ceppi hanno avuto origini simili e sono stati separati dalla tettonica a placche? Oppure le comunità stesse si muovono? Quali ruoli svolgono grandi eventi geologici (come la tettonica delle placche, i terremoti, la creazione di grandi province ignee, i bombardamenti meteoritici) nei movimenti profondi della vita?

Origini: la vita è iniziata in profondità nella Terra (all’interno della crosta, vicino a prese d’aria idrotermiche, o in zone di subduzione) per poi migrare verso l’alto, attratta dalla luce del Sole? O la vita è iniziata in un caldo laghetto superficiale e poi è migrata anche verso il basso, oltre ad espandersi in superficie? Come si riproducono gli zombie microbiali sotterranei (o vivono, se è per questo) senza dividersi per milioni o decine di milioni di anni?

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?

“Le scoperte riguardanti la natura e l’estensione della biosfera microbica profonda sono tra le massime conquiste dell’Osservatorio Deep Carbon. I ricercatori hanno aperto gli occhi su panorami straordinari, visioni emergenti della vita che non avevamo mai saputo esistessero.” Dice Robert Hazen, scienziato del laboratorio di geofisica, Carnegie Institution for Science e direttore esecutivo della DCO.

“Non sono ornamenti natalizi, ma le minuscole palline che vivono nelle profondità della Terra sembrano poter decorare un albero e un cristallo Swarovski. Perché la natura renderebbe bella la vita profonda quando non c’è luce, né specchi?” Si domanda Jesse Ausubel della Rockefeller University, uno dei fondatori del DCO.

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