Le prime immagini NanoSIMS a cella singola di questo sistema sono state utilizzate per mostrare quali fonti di cibo i microbi (nella foto) hanno utilizzato. I colori più caldi indicano che è stata utilizzata più di una certa fonte di cibo. Barra della scala da 3 μm. Credito:Trembath-Reichert et al.
Il fondale sottomarino costituisce uno degli ecosistemi più grandi e meno studiati della Terra. Mentre è noto che la vita sopravvive in profondità nei fluidi, rocce, e sedimenti che compongono il fondale marino, gli scienziati sanno molto poco delle condizioni e dell'energia necessarie per sostenere quella vita.
Un gruppo di ricerca interdisciplinare, guidato dall'ASU e dalla Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), ha cercato di saperne di più su questo ecosistema e sui microbi che esistono nel fondo sottomarino. I risultati delle loro scoperte sono stati recentemente pubblicati in Progressi scientifici , con l'assistente professore dell'ASU School of Earth and Space Exploration e geobiologa Elizabeth Trembath-Reichert come autore principale.
Per studiare questo tipo di ecosistema remoto, e i microbi che lo abitano, la squadra ha scelto una posizione chiamata North Pond sul fianco occidentale della dorsale medio-atlantica, un confine piatto situato lungo il fondo dell'Oceano Atlantico.
Stagno Nord, a una profondità di oltre 14, 500 piedi (4, 500 metri) è stato per decenni un sito importante per gli scienziati delle profondità marine. Recentemente è stato perforato per centinaia di piedi attraverso il sedimento e la crosta dall'International Ocean Discovery Program nel 2010 per creare punti di accesso per lo studio della vita e della chimica sotto il fondo del mare.
Con il sostegno della National Science Foundation, la Fondazione Gordon e Betty Moore, e il Centro per le indagini sulla biosfera dell'energia oscura, il team ha campionato i campioni di fluido crostale dagli osservatori del fondo marino del pozzo con il veicolo a distanza di acque profonde Jason II sulla nave da ricerca Atlantis.
Questi campioni unici dall'incontaminato, freschi fondali basaltici sono stati quindi riportati in laboratorio e analizzati utilizzando uno spettrometro di massa a ioni secondari su nanoscala (NanoSIMS), che è stato utilizzato per misurare la loro composizione elementare e isotopica.
Trembath-Reichert con Olivia Nigro della Hawaii Pacific University sulla nave da ricerca Atlantis dopo che i primi campioni di fluido (nelle scatole di plastica trasparente) sono arrivati sul ponte dagli osservatori del fondo marino. Credito:Kelle Freel
"I nostri esperimenti utilizzano traccianti specializzati che possono essere osservati solo se un microrganismo mangia qualcosa nel buffet di opzioni che forniamo, " spiega Trembath-Reichert. "Se vediamo questi traccianti nei microbi, poi sappiamo che devono essere stati attivi e mangiare durante i nostri esperimenti e abbiamo un'idea di quali fonti di cibo possono usare per sopravvivere".
Attraverso queste analisi, il team ha scoperto che la comunità microbica sottomarina è attiva e pronta a mangiare, nonostante un ambiente con bassa biomassa e condizioni a basse emissioni di carbonio.
"I microbi che abbiamo studiato sono estremamente adattabili e sono in grado di guadagnarsi da vivere in quello che sembra un ambiente davvero duro per gli abitanti della superficie, come noi stessi, "dice Trembath-Reichert.
Una delle scoperte più sorprendenti è stata il modo in cui i microrganismi utilizzano l'anidride carbonica. Trembath-Reichert e il suo team si aspettavano che i microrganismi utilizzassero l'anidride carbonica ampiamente disponibile come fanno le piante, "fissandolo" in altre forme di carbonio organico che possono poi utilizzare per crescere. Ma i risultati suggeriscono che i microbi in questo ambiente isolato con poche sostanze nutritive erano più furbi.
Trembath-Reichert aziona l'argano per il campionatore d'acqua CTD, che veniva usato per portare i fluidi fino alla nave dal fondo dell'oceano. Credito:Ben Tully
"La nostra teoria è che questi microbi siano pieni di risorse e utilizzino l'anidride carbonica direttamente come elemento costitutivo senza doverlo prima convertire in una fonte di cibo, " dice Trembath-Reichert. "E questo potrebbe avere importanti implicazioni per il ciclo del carbonio degli oceani profondi".
"Questo lavoro evidenzia quanto poco sappiamo sullo stile di vita dei microbi all'interno della crosta oceanica e l'importanza di condurre esperimenti con limiti di rilevamento sensibili, come NanoSIMS, " aggiunge l'autore senior Julie Huber di WHOI.
I prossimi passi per Trembath-Reichert e il suo team sono progettare esperimenti per comprendere meglio l'intera diversità dei modi in cui l'anidride carbonica può essere utilizzata dai microbi. Come fonte di cibo più facilmente disponibile per i microrganismi, esamineranno i modi in cui l'anidride carbonica può essere utilizzata per la sopravvivenza e la crescita nella più grande falda acquifera della Terra sotto il fondo del mare.
