Quali microbi prosperano sotto di noi nell’oscurità – nelle miniere d’oro, nelle falde acquifere, nei pozzi profondi del fondale marino – e come si confrontano con i microbiomi che avvolgono le superfici terrestri, sulla terra e sul mare?
Il primo studio globale ad affrontare questa enorme questione, condotto presso il Marine Biological Laboratory (MBL), Woods Hole, rivela una diversità microbica sorprendentemente elevata in alcuni ambienti sotterranei (fino a 491 metri sotto il fondale marino e fino a 4375 m sotto terra).
Questa scoperta indica vasti serbatoi sotterranei di diversità non sfruttati per la bioprospezione di nuovi composti e medicinali, per comprendere come le cellule si adattano ad ambienti a energia estremamente bassa e per illuminare la ricerca della vita extraterrestre. Guidato dallo scienziato associato MBL Emil Ruff, lo studio è stato pubblicato questa settimana in Progressi della scienza.
“Si presume comunemente che più si scende in profondità sotto la superficie terrestre, meno energia è disponibile e minore è il numero di cellule che possono sopravvivere”, afferma Ruff. “Mentre maggiore è l’energia presente, maggiore è la diversità che può essere generata e mantenuta, come nelle foreste tropicali o nelle barriere coralline, dove c’è molto sole e calore.
“Ma dimostriamo che in alcuni ambienti sotterranei, la diversità può facilmente rivaleggiare, se non superare, la diversità in superficie. Ciò è particolarmente vero per gli ambienti marini e per i microbi nel dominio degli Archaea”, afferma.
L’ampio studio, che ha richiesto 8 anni per essere completato, è anche uno dei primi a confrontare il regno marino con quello terrestre in termini di diversità microbica e composizione della comunità.
“Guarda le piante e gli animali: pochissimi di loro sono adattati sia al regno marino che a quello terrestre. Un’eccezione sarebbe il salmone”, dice Ruff. “Una domanda interessante è se questo vale anche per i microbi?”
Sì, l’hanno scoperto. I microbiomi marini e terrestri differiscono notevolmente nella composizione, mentre il loro livello di diversità è simile.
“Quindi, questo sembra essere un principio ecologico universale”, dice Ruff. “C’è una divisione molto chiara tra le forme di vita nel regno marino e in quello terrestre, non solo in superficie, ma anche nel sottosuolo. Le pressioni selettive sono molto diverse sulla terra e nel mare, e selezionano organismi diversi che ho difficoltà a vivere in entrambi i regni.”
La vita nella corsia profonda, oscura e lenta
“La prima volta che gli scienziati si sono resi conto dell’esistenza di un enorme serbatoio di microbi proprio sotto i nostri piedi, a chilometri di profondità nella roccia e sotto il fondale marino, è stata la metà degli anni ’90”, afferma Ruff. Gli scienziati ora stimano che tra il 50 e l’80% delle cellule microbiche della Terra vivano nel sottosuolo, dove la disponibilità di energia può essere inferiore di ordini di grandezza rispetto alla superficie illuminata dal sole.
Con questo studio, “ora possiamo anche renderci conto che forse la metà della diversità microbica sulla Terra si trova nel sottosuolo”, afferma Ruff. “Ed è affascinante che, in questi ambienti a bassa energia, la vita sembra essere rallentata, a volte al minimo assoluto. Sulla base delle stime, alcune cellule del sottosuolo si dividono in media una volta ogni 1.000 anni. Quindi, questi microbi hanno scale temporali completamente diverse della vita, e da essi possiamo potenzialmente imparare qualcosa sull’invecchiamento”, afferma.
Per sopravvivere nel sottosuolo, “ha senso adattarsi evolutivamente per ridurre al minimo il fabbisogno energetico e ottimizzare ogni singola parte del metabolismo per essere il più efficiente possibile dal punto di vista energetico”, afferma Ruff. “E possiamo anche imparare da questo: come essere estremamente efficienti quando si lavora con quasi nulla.”
Se Marte o altri pianeti avessero avuto acqua liquida ad un certo punto della loro storia – e ci sono prove che Marte l’abbia avuto – allora gli ecosistemi rocciosi 3 km sotto la sua superficie sembrerebbero molto simili a quelli sulla Terra, dice Ruff. “L’energia sarebbe molto bassa; i tempi di generazione degli organismi sarebbero molto lunghi. Comprendere la vita profonda sulla Terra potrebbe essere un modello per scoprire se c’era vita su Marte e se è sopravvissuta.”
Come questo studio ha avuto successo dove altri non hanno potuto
Gli studi sulla vita microbica in varie sacche della superficie e del sottosuolo terrestre non sono nuovi o particolarmente scarsi. Ma, dice Ruff, i dati di questi studi erano difficili, se non impossibili, da sintetizzare a causa delle incoerenze nelle metodologie di ricerca utilizzate dai diversi gruppi.
Al contrario, il presente studio è iniziato nel 2016 quando Ruff, allora ricercatore post-dottorato, ha partecipato a una riunione del Census of Deep Life, uno sforzo pionieristico per valutare la vita microbica nel sottosuolo, co-guidato dal distinto scienziato senior dell’MBL Mitchell Sogin. Per il censimento, gruppi di ricerca di tutto il mondo hanno inviato campioni del sottosuolo all’MBL, dove gli scienziati hanno utilizzato le stesse identiche routine per sequenziare e analizzare il DNA microbico dei campioni (la scienziata dell’MBL Hilary Morrison ha guidato questa parte del lavoro). Ciò ha fornito, per la prima volta, un set di dati coerente che potrebbe consentire il confronto tra più di 1.000 campioni provenienti da 50 ecosistemi marini e terrestri. E Ruff fu incuriosito dall’idea di effettuare questo confronto su larga scala.
“Per la prima volta, potremmo confrontare direttamente i microbiomi, ad esempio, dei sedimenti superficiali dei Grandi Laghi con i sedimenti di due chilometri sotto il fondale marino”, afferma Ruff. “Ecco da dove viene la bellezza di questo documento di sintesi.”
Studi su larga scala come questo si affidano a molti collaboratori, in particolare la co-autrice Isabella Hrabe de Angelis del Max Planck Institute for Chemistry, le cui competenze bioinformatiche sono state fondamentali per lo studio. Inoltre, hanno contribuito a questo articolo altri scienziati del Marine Biological Laboratory (Mitchell Sogin, Hilary Morrison, Anna Shipunova e Aleksey Morozov), nonché scienziati dell’Università dell’Alabama del Sud, dell’Oregon State University, dell’ETH di Zurigo, dell’Università del Tennessee-Knoxville , Università del Minnesota-Duluth, Dauphin Island Sea Laboratory, Università di Tolone, Queen Mary University of London, Université Savoie Mont-Blanc, Michigan State University, University of Georgia, Woods Hole Oceanographic Institution, Università di Duisburg-Essen, Università della California-San Francisco e Arva Intelligence.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com