Nel bel mezzo dell'Oceano Atlantico, in cima a una montagna sottomarina che si erge per oltre 10.000 piedi sopra il fondo del mare, si trova Lost City. Centinaia di guglie bianche sporgono nell'oceano oscuro, attraversando l'area di un isolato e torreggiando tra 30 e 200 piedi di altezza. I fluidi alcalini caldi si riempiono di idrogeno gassoso che fuoriesce dalle cime di queste torri naturali nelle acque a est della cresta del Medio Atlantico.
Quella che sembra una metropoli abbandonata da tempo è, infatti, piena di vita microscopica. I trilioni di residenti microbici di Lost City, arroccati sul massiccio dell'Atlantis, sono diventati un fascino per gli scienziati. Questi microbi, che prosperano in un campo di sfiato idrotermale nelle profondità dell'Atlantico, mantengono il segreto della sopravvivenza della vita in ambienti così ostili e possono persino fornire indizi sulle origini della vita sulla Terra.
Domani, 8 settembre, un gruppo di 22 ricercatori, microbiologi, geologi e oceanografi, viaggerà a Lost City per la prima volta dopo anni. Questo gruppo di scienziati vuole sapere come i microbi di Lost City si guadagnano da vivere, cosa mangiano e respirano e come sopravvivono alle temperature estreme e alle pressioni dell'oceano profondo.
"Vogliamo sapere come vivono lì", afferma il team co-lead William Brazelton, un microbiologo dell'Università dello Utah.
Scoperta nel 2000, Lost City è uno dei pochi posti conosciuti come questo sul pianeta. A differenza dei più comuni tipi di prese d'aria idrotermali, come i fumatori neri e le infiltrazioni di metano, Lost City non è alimentato dall'attività vulcanica. Piuttosto, le prese d'aria vengono create quando l'acqua di mare incontra la roccia dal mantello terrestre, creando gas ed energia in un processo noto come serpentinizzazione. L'acqua ricca di calcio proveniente da queste prese d'aria reagisce quindi con il carbonio nell'acqua di mare formando gli iconici camini al carbonato di Lost City.
I camini al carbonato di Lost City sono stati ripresi durante una spedizione del 2005 al sistema di ventilazione idrotermale. (D. Kelley / M. Elend / UW / URI-IAO / NOAA / The Lost City Science Team) L'emissione di gas idrogeno dai camini fornisce un'ampia fonte di energia per i microbi che vivono nella Città Perduta. "È la cosa più vicina a un pranzo gratuito offerto dall'universo", afferma Brazelton. I camini rilasciano anche metano, una molecola organica che è una ricca fonte di energia per molti tipi di vita.
Mentre l'energia è abbondante, non è ancora chiaro dove i microbi in questo ecosistema di acque profonde ottengano il loro carbonio o nutrienti. Secondo la co-conduttrice del team Susan Lang, geochimica presso l'Università della Carolina del Sud, risolvere questo mistero è una delle missioni principali della spedizione.
"Una delle domande che stiamo cercando di seguire è, per cosa stanno scacciando questi microbi?" Dice. "La vita è sempre alla ricerca di qualcosa."
Durante la spedizione di tre settimane, gli scienziati a bordo della nave da ricerca della Marina statunitense (R / V) Atlantis invieranno un veicolo a gestione remota (ROV), di nome Jason, giù per circa 2600 piedi nella città perduta per raccogliere campioni. "Jason sembra un SUV con una grande coda che esce dalla parte posteriore", afferma Beth Orcutt, un microbiologo del Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, che è coinvolto nella spedizione ma non se ne va da solo. "Gli scienziati usano Jason come occhi e braccia sul fondo del mare."
Jason raccoglierà sedimenti dal fondo del mare ed estrarrà piccoli campioni di camini della Città Perduta, ma soprattutto Jason raccoglierà acqua. Gli scienziati della spedizione hanno in programma di raccogliere l'acqua che fuoriesce dai camini per catturare i microbi che vivono in profondità all'interno del massiccio di Atlantide. I ricercatori ipotizzano che i microbi all'interno della montagna introducano carbonio e sostanze nutritive nell'ecosistema, il che consente la vita microbica sulla superficie dei camini.
"Mostrerebbe che la terra è un sistema altamente connesso", dice Lang. "Anche gli organismi davvero strani che vivono nel sottosuolo marino consentono la vita in superficie."
Il ROV Jason, che esplorerà Lost City e prenderà dei campioni questo mese. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Determinare il modo in cui i microbi sopravvivono all'interno della montagna, dove condizioni inospitali circondano il processo di serpentinizzazione, potrebbe anche dare un'occhiata alla possibile vita su altri pianeti. Poiché gli ingredienti sono relativamente semplici (roccia e acqua di mare) e l'ambiente è privo di ossigeno, i microbi all'interno dell'Atlantide potrebbero essere una finestra su forme di vita extraterrestri.
"Questo è un esempio di un tipo di ecosistema che potrebbe essere attivo su Encelado o Europa proprio in questo secondo", ha detto Brazelton, riferendosi alle lune acquose di Saturno e Giove, "e forse Marte in passato."
Il ROV Jason raccoglierà circa 30 litri di acqua di mare ogni giorno. Parte dell'acqua raccolta sarà conservata in congelatori per future ricerche, mentre altri saranno analizzati sul posto per misurare la composizione chimica, nonché le popolazioni di microbi e virus. Nei prossimi anni, i test genetici sui campioni di acqua di mare illumineranno i tipi di microbi che vivono in questo ambiente estremo e come riescono a sopravvivere.
Ci sono anche scienziati che credono che Lost City, o un posto simile, possa essere il luogo in cui la vita è iniziata sulla Terra. "È un buon sistema per cui potrebbe essersi sviluppata la prima infanzia", ha detto Lang. Piccoli pori nelle pareti dei camini della Città Perduta, combinati con l'acqua di mare di base (al contrario dell'acido) e una fonte di energia illimitata nel gas idrogeno, potrebbero fornire le condizioni di Goldilocks necessarie per la vita spontanea.
"La geochimica e la geologia di Lost City sembrano unirsi in un modo che risolverà l'energico problema di galline e uova delle origini della vita", ha dichiarato Jeffrey Marlow, un microbiologo dell'Università di Harvard che non è coinvolto nella spedizione. Il problema del "pollo-e-uovo" si riferisce al fatto che una cellula ha bisogno di energia per creare bio-molecole e le bio-molecole sono necessarie per sfruttare l'energia.
Marlow pensa che sia plausibile che l'acqua ad alto pH che turbina nei pori del camino a Lost City potrebbe generare condizioni favorevoli per l'inizio della vita. Il gas idrogeno e altre molecole che si mescolano nei pori possono creare un pre-cursore per una cellula, nota come proto-cellula.
Un'immagine al microscopio elettronico a scansione rivela i biofilm sgargianti fatti di microbi sopra e dentro i camini della Città Perduta. (Per gentile concessione di Tomaso Bontognali, Susan Lang e Gretchen Früh-Green) Altri luoghi come Lost City esistono nel mare profondo, ma si sono rivelati difficili da trovare. Perché i sottoprodotti della serpentinizzazione sono relativamente banali - principalmente idrogeno e metano - siti come Lost City non hanno forti biosignature come altri sistemi di ventilazione idrotermale, come i fumatori neri che emettono gas di zolfo. "Vorremmo affermare che siti come Lost City sono piuttosto diffusi, semplicemente non sappiamo dove siano", afferma Lang. "In questo momento, vorremmo dire che Lost City è unica, ma probabilmente non è sola."
Trovare un'altra città perduta sembra presto improbabile considerando che la maggior parte dell'oceano non è mai stata esplorata dagli umani. "Abbiamo visto solo una piccola parte del fondale marino", afferma Marlow. "C'è molto di più là fuori da scoprire". Secondo il National Ocean Service degli Stati Uniti, meno del 20% dell'oceano è stato mappato o osservato dagli umani.
L'oceano profondo è una frontiera tanto per gli scienziati quanto lo spazio profondo. I ricercatori stanno appena iniziando a capire come funziona la vita diversificata negli ecosistemi estremi vicino al fondo del mare e gli scienziati non sono i soli a guardare il mare profondo. Le risorse minerarie, come il nichel, il cobalto, l'argento e l'oro, hanno suscitato l'interesse delle compagnie minerarie, che stanno investendo sempre di più nel futuro sfruttamento delle acque profonde.
"Quando ero uno studente che imparava a conoscere il mare profondo, l'idea che sul fondo del mare ci fossero minerali che le industrie avrebbero potuto estrarre era un'idea totalmente fantascientifica perché non era affatto economicamente praticabile", ha affermato Orcutt. Ma ora ci sono le tecnologie richieste e l'autorità internazionale dei fondali marini (l'agenzia delle Nazioni Unite che dà l'autorizzazione per l'estrazione in acque internazionali) rilascia ogni anno permessi per l'esplorazione delle miniere. Una di queste autorizzazioni, rilasciata nell'agosto 2017, ha dato alla Polonia il diritto di sfruttare l'area del fondale marino in cui si trova Lost City.
Una struttura ad "alveare" nella Città Perduta. (Per gentile concessione di Deborah Kelley, Università di Washington) Alcuni scienziati marini sostengono che l'estrazione del fondo marino prima di comprendere la sua biologia di base potrebbe essere una ricetta per il disastro. "Proprio come con qualsiasi frontiera, è abbastanza facile influenzare i cambiamenti senza nemmeno sapere cosa ci sia o quali siano le vulnerabilità", afferma Lisa Levin, biologa di acque profonde e co-fondatrice della Deep Ocean Stewardship Initiative, che mira a portare gli scienziati, economisti, esperti di politica e rappresentanti del settore insieme su questioni di sfruttamento delle acque profonde. Levin afferma che quando la Polonia ha ricevuto i diritti di estrazione dell'area intorno a Lost City, ha sollevato una bandiera rossa per i microbiologi del mare profondo. "È stato un evento catalitico."
Molti ricercatori di acque profonde stanno ora chiamando per conservare Lost City e luoghi simili, evidenziando l'importanza globale della microbiologia degli oceani profondi, che contribuisce ai cicli dei nutrienti, alla mitigazione del clima e alla diversità genetica. "Vogliamo attirare l'attenzione sull'invisibile frazione della vita", afferma Orcutt, che ha organizzato incontri scientifici sugli impatti dell'estrazione in acque profonde sull'attività microbica. “Il fondo del mare ha un valore. Ogni volta che gli scienziati vanno sul fondo dell'oceano, vengono scoperte nuove specie. C'è così tanto dell'oceano che non conosciamo. "
La spedizione di questo mese a Lost City ci aiuterà a imparare qualcosa in più sui misteriosi mondi sottostanti.
