Minimalista o massimalista? La vita di un microbo un miglio sottoterra

Ma poiché questa vita abbondante è così difficile da raggiungere, è ampiamente poco studiata e compresa in modo incompleto. Accedendo alle profondità sotterranee attraverso un’ex miniera d’oro trasformata in laboratorio nelle Black Hills del South Dakota, i ricercatori della Northwestern University hanno messo insieme la mappa più completa fino ad oggi dei microbi sfuggenti e insoliti sotto i nostri piedi.

In totale, i ricercatori hanno caratterizzato quasi 600 genomi microbici, alcuni dei quali sono nuovi per la scienza. Di questo gruppo, la geoscienziata nordoccidentale Magdalena Osburn, che ha condotto lo studio, afferma che la maggior parte dei microbi rientra in una delle due categorie: “minimalisti”, che hanno semplificato la loro vita mangiando la stessa cosa tutto il giorno, tutti i giorni; e i “massimalisti”, che sono pronti e preparati ad afferrare avidamente qualsiasi risorsa possa capitargli.

Lo studio è stato accettato dalla rivista Microbiologia ambientale. Una prima versione del manoscritto è ora disponibile online.

Il nuovo studio non solo amplia la nostra conoscenza dei microbi che vivono nelle profondità del sottosuolo, ma suggerisce anche la potenziale vita che un giorno potremmo trovare su Marte. Poiché i microbi vivono su risorse che si trovano all’interno di rocce e acqua fisicamente separate dalla superficie, questi organismi potrebbero potenzialmente sopravvivere sepolti nelle polverose profondità rosse di Marte.

“La biosfera del sottosuolo profondo è enorme; è solo una vasta quantità di spazio”, ha detto Osburn, professore associato di Terra e scienze planetarie al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern. “Abbiamo usato la miniera come condotto per accedere a quella biosfera, che è difficile da raggiungere, non importa come la si affronta. La forza del nostro studio è che ci siamo ritrovati con molti genomi, e molti provenienti da gruppi poco studiati. Da quel DNA , possiamo capire quali organismi vivono sottoterra e scoprire cosa potrebbero fare. Si tratta di organismi che spesso non possiamo coltivare in laboratorio o studiare in contesti più tradizionali. Sono spesso chiamati “materia oscura microbica” perché ne sappiamo così poco su di loro.”

Un portale nella crosta terrestre

Negli ultimi 10 anni, Osburn e i suoi studenti hanno visitato regolarmente l’ex miniera Homestake a Lead, nel South Dakota, per raccogliere campioni geochimici e microbici. Ora chiamato Sanford Underground Research Facility (SURF), il laboratorio sotterraneo profondo ospita una serie di esperimenti di ricerca in una vasta gamma di discipline. Nel 2015, Osburn ha creato sei siti sperimentali, collettivamente chiamati Deep Mine Microbial Observatory, in tutto il SURF.

“La miniera è ora una struttura dedicata alla scienza sotterranea”, ha detto Osburn. “I ricercatori eseguono per lo più esperimenti di fisica delle particelle ad alta energia. Ma ci permettono anche di studiare le biosfere profonde che vivono nelle rocce. Possiamo organizzare esperimenti in un sito controllato e dedicato e controllarli mesi dopo, cosa che non saremmo in grado di fare.” fare in una miniera attiva.”

Praticando buchi nelle rocce all’interno della miniera, Osburn e il suo team catturano i fluidi di frattura, composti da acqua e gas disciolti. Alcuni di questi fluidi hanno fino a 10.000 anni e pullulano di vita microbica che altrimenti sarebbe isolata e ignorata.

Nel nuovo studio, Osburn e il suo team hanno raccolto otto campioni di fluidi, raccolti in vari punti della miniera, dalla superficie fino a circa 1,5 chilometri di profondità. La gamma di campioni fornisce una finestra su un gradiente di vita microbica con profondità.

Minimalisti contro massimalisti

Nel laboratorio di Osburn alla Northwestern, lei e il suo team hanno sequenziato il DNA microbico contenuto nei campioni. Dei quasi 600 genomi caratterizzati, i microbi rappresentavano 50 phyla distinti e 18 phyla candidati.

All’interno di questa variegata comunità di microbi, Osburn ha scoperto che, a un certo punto, ogni lignaggio gravita verso una traiettoria che definisce la vita: diventare minimalista o massimalista.

“I microbi che abbiamo trovato o erano minimalisti: ultra-razionalizzati con un lavoro che svolge molto bene insieme a uno stretto consorzio di collaboratori, oppure possono fare un po’ di tutto,” ha detto Osburn. “Questi massimalisti sono pronti per ogni risorsa che si presenta. Se c’è un’opportunità per produrre energia o trasformare una biomolecola, è pronta. Osservando il suo genoma, possiamo dire che ha molte opzioni. Se i nutrienti sono scarsi, può semplicemente crearselo da solo.”

I minimalisti, ha spiegato Osburn, in genere condividono le risorse con gli amici, che hanno anche lavori specializzati.

“Alcuni di questi lignaggi non hanno nemmeno i geni per produrre i propri lipidi, il che mi lascia a bocca aperta”, ha detto Osburn. “Perché come si può creare una cellula senza lipidi? È un po’ come se gli esseri umani non potessero produrre tutti gli amminoacidi, quindi mangiamo proteine ​​per ottenere gli amminoacidi che non possiamo produrre da soli. Ma questo è su una scala più estrema”. . I minimalisti sono specialisti estremi e, tutti insieme, riescono a far funzionare le cose. C’è molta condivisione e nessuna duplicazione degli sforzi.”

Approfondimenti sulla Terra e oltre

Mentre immaginiamo la vita oltre la nostra Terra, Osburn ha detto che questi microbi sotterranei potrebbero fornire indizi su ciò che potenzialmente potrebbe vivere altrove.

“Mi emoziono davvero quando vedo le prove della vita microbica, che fa le sue cose senza di noi, senza piante, senza ossigeno, senza atmosfera superficiale”, ha detto. “Questi tipi di vita potrebbero benissimo esistere nelle profondità di Marte o negli oceani delle lune ghiacciate proprio adesso. Le forme di vita ci dicono cosa potrebbe vivere altrove nel sistema solare.”

E hanno implicazioni per il nostro pianeta. Mentre l’industria cerca luoghi per lo stoccaggio del carbonio a lungo termine, ad esempio, molte aziende stanno esplorando la possibilità di iniettare l’anidride carbonica in profondità nel terreno.

Mentre esploriamo queste opzioni, Osburn ci ricorda di non dimenticare i microbi.

“Dobbiamo essere consapevoli della vita nel sottosuolo profondo e di come le attività umane, come l’estrazione mineraria e lo stoccaggio del carbonio, potrebbero influenzarla”, ha affermato. “Se immagazziniamo l’anidride carbonica sottoterra, ci sono microbi che potrebbero metabolizzarla per produrre metano, ad esempio. C’è una biosfera sotterranea che, a seconda di come viene perturbata, ha il potenziale per influenzare la superficie.”

Lo studio, “Una visione metagenomica della nuova diversità microbica e metabolica trovata all’interno della biosfera terrestre profonda al DeMMO: un osservatorio microbico nel South Dakota, USA”, è stato sostenuto dalla NASA Exobiology (numeri di sovvenzione NNH14ZDA001N, NNX15AM086), David e Lucile Packard Foundation e l’Istituto canadese per l’avanzamento della ricerca – Earth 4D.