Se dovessi colpire il fondo del mare e continuare a viaggiare verso il basso, ti imbatteresti in un ecosistema diverso da qualsiasi altro sulla terra. Sotto diverse centinaia di metri di sedimenti sul fondo del mare si trova la crosta terrestre: spessi strati di roccia lavica che corrono con crepe che coprono circa il 70% della superficie del pianeta. L'acqua di mare scorre attraverso le fessure e questo sistema di rivoli legati alla roccia è enorme: è la più grande falda acquifera sulla terra, contenente il 4% del volume globale degli oceani, afferma Mark Lever, un ecologo che studia il ciclismo anaerobico (senza ossigeno) ad Aarhus Università in Danimarca.
La crosta sottomarina potrebbe anche essere il più grande ecosistema sulla terra, secondo un nuovo studio di Lever, pubblicato questo mese su Science . Per sette anni, ha incubato la roccia di basalto di 3, 5 milioni di anni raccolta da 565 metri sotto il fondo dell'oceano - la profondità di quasi due torri Eiffel accatastate - e ha trovato microbi viventi. Questi microbi vivono lontano dalle fiorenti comunità batteriche sulle creste dell'oceano centrale e sopravvivono facendo lentamente ridursi lo zolfo e altri minerali in energia.
Ma quanto è grande questo ecosistema alimentato chimicamente che sopravvive completamente senza ossigeno? Se i risultati del suo campione, raccolti da sotto il fondo del mare al largo della costa dello stato di Washington, sono simili a quelli trovati in tutto il pianeta, allora diverse comunità microbiche potrebbero sopravvivere in tutta la crosta oceanica, coprendo i due terzi della superficie terrestre e potenzialmente andando miglia di profondità.
La crosta del fondo sottomarino ha molto spazio e minerali ricchi di energia - un potenziale habitat accogliente per una grande comunità microbica - "ma non abbiamo idea di come sia l'ecosistema", afferma Julie Huber, oceanografa microbica del Marine Biological Laboratory a Woods Hole, Massachusetts. "Le prove di Mark indicherebbero che è un mondo molto diverso."
I microbi che ottengono la loro energia dai minerali, piuttosto che dalla luce solare, sono tutt'altro che rari. Il più noto di questi cosiddetti batteri chemoautotrofi o chemiosintetici sono quelli che si trovano nelle prese d'aria idrotermali nel mare profondo. Alcuni di questi batteri vivono simbioticamente con giganteschi tubeworm, cozze e vongole, fornendo energia prodotta chimicamente a questi organismi più grandi mentre "respirano" l'acqua ricca di zolfo che erutta dalla bocca, non diversamente da come le piante convertono la luce solare in energia in superficie. I microbi chemiosintetici si trovano anche nel fango marcio e povero di ossigeno di saline, mangrovie e letti di alghe - "in qualsiasi posto in cui hai fango nero puzzolente, puoi avere la chemioautotrofia", afferma Chuck Fisher, biologo di acque profonde della Pennsylvania Università di Stato a College Park.
Ma ciò che rende diversi i microbi del fondo sottomarino di Lever è che non usano affatto ossigeno. I batteri simbiotici nelle aperture idrotermali sono spesso descritti come "vita senza luce solare", ma si basano ancora indirettamente sulla luce solare utilizzando ossigeno prodotto dal sole nella reazione chimica per generare energia. I microbi chemiosintetici nelle saline si nutrono di piante e animali in decomposizione, che hanno ottenuto la loro energia dalla luce solare. Anche i sedimenti di acque profonde si accumulano da un assortimento di animali morti, piante, microbi e pellet fecali che si basano sull'energia della luce.
I microbi della crosta oceanica, d'altra parte, si basano interamente su molecole non contenenti ossigeno derivate dalla roccia e completamente rimosse dalla fotosintesi, come solfato, anidride carbonica e idrogeno. "In questo senso è un universo parallelo, in quanto funziona con un diverso tipo di energia", afferma Lever. Queste molecole forniscono molta meno energia dell'ossigeno, creando una sorta di movimento microbico di alimenti lenti. Quindi, invece di dividersi e crescere rapidamente come molti batteri a base di ossigeno, Fisher sospetta che i microbi nella crosta terrestre possano dividersi una volta ogni cento o migliaia di anni.
Uno sfogo idrotermale, coperto di vermi tubolari, emette fumo di zolfo nero sulla cresta Juan de Fuca. I microbi della crosta oceanica sono stati raccolti a centinaia di metri sotto il fondo del mare sotto questa stessa cresta. (Foto tramite l'Università di Washington; NOAA / OAR / OER) Ma solo perché sono lenti non significa che siano rari. "Esistono molti dati secondo cui esiste una grande biosfera molto produttiva sotto la superficie", afferma Fisher.
Inoltre, le dimensioni della popolazione microbica in diverse aree della crosta possono variare notevolmente, osserva Huber. Attraverso i suoi studi sul fluido trovato tra le fessure nella crosta, afferma che in alcune aree il fluido contiene circa lo stesso numero di microbi delle acque di acque profonde standard raccolte a profondità oceaniche di 4.000 metri (2.5 miglia): circa 10.000 microbiche cellule per millilitro. In altre regioni, come nella cresta Juan de Fuca nell'Oceano Pacifico dove Lever ha trovato i suoi microbi, ci sono meno cellule, circa 8.000 microbi per millilitro. E in altre regioni, come nei fluidi non ossigenati in profondità nelle aperture idrotermali, possono esserci circa 10 volte di più.
Non è solo il numero di microbi che varia a seconda della posizione - è possibile che diverse specie microbiche si trovino in diversi tipi di crosta. "Diversi tipi di roccia e diversi tipi di chimica dovrebbero tradursi in diversi tipi di microbi", afferma Andreas Teske, ecologo microbico di acque profonde della University of North Carolina a Chapel Hill e co-autore del documento di Lever. La cresta Juan de Fuca è un'area relativamente calda che esplode di nuova roccia, che tende a essere costituita da minerali più reattivi e quindi in grado di fornire più energia. Altre parti della crosta sono più vecchie, composte da minerali diversi e più fredde. E, in alcune regioni, l'acqua ossigenata arriva fino alle crepe.
È questa infiltrazione di acqua marina che impedisce a questo ecosistema sottomarino di esistere su un piano completamente separato da quello ossigenato. "La crosta svolge un ruolo significativo nell'influenzare la composizione chimica dell'oceano e dell'atmosfera, influenzando in definitiva i cicli sulla terra", afferma Lever . Alcuni dei composti creati dai microbi della crosta oceanica dalla roccia sono solubili in acqua e alla fine entreranno nell'oceano. Lo zolfo, ad esempio, è presente nel magma, ma dopo che i microbi lo usano per produrre energia, viene convertito in solfato. Quindi si dissolve e diventa un nutriente importante nella catena alimentare oceanica.
La scoperta di Lever di una comunità microbica nella crosta potrebbe catalizzare la comunità scientifica per rispondere a queste domande. Ad esempio, quali tipi di microbi si trovano dove , interagiscono attraverso fessure interconnesse nella roccia e quale ruolo svolgono nel ciclo dei minerali e dei nutrienti? In un certo senso, è un lavoro esplorativo di base. "Molto di ciò che facciamo sul fondo del mare è simile a quello che stiamo facendo su Marte in questo momento", afferma Huber. "Il controllo della curiosità è molto simile al funzionamento di un ROV sotto l'oceano."
Scopri di più sul mare profondo dal portale sull'oceano di Smithsonian.
