Miglia sotto la superficie dell'oceano nell'abisso oscuro, vaste comunità di microbi sottomarini presso le sorgenti termali di acque profonde stanno convertendo le sostanze chimiche in energia che consente alla vita delle profondità marine di sopravvivere e persino prosperare in un mondo senza luce solare. Fino ad ora, però, misurare la produttività delle comunità microbiche sottomarine, o la velocità con cui ossidano le sostanze chimiche e la quantità di carbonio che producono, è stato quasi impossibile.

Un nuovo studio degli scienziati della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ha svelato che questi ecosistemi basati sui microbi sono sorprendentemente produttivi e svolgono un ruolo importante nel sostenere la vita più in alto nella catena alimentare nell'oceano profondo affamato di cibo. Stimano che in tutto il mondo, le comunità microbiche delle bocche idrotermali di acque profonde possono produrre più di 4, 000 tonnellate di carbonio organico ogni giorno, l'elemento costitutivo della vita. Questa è all'incirca la stessa quantità di carbonio in 200 balene blu, rendendo questi ecosistemi tra i più produttivi dell'oceano in termini di volume. Lo studio appare nell'11 giugno 2018, problema di Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Abbiamo scoperto che le comunità microbiche che vivono sotto il fondo del mare in corrispondenza delle prese d'aria possono generare quantità di carbonio simili a quelle delle ben note comunità animali sopra il fondo del mare, come i tubicini, che sono noti per essere produttivi quanto gli ecosistemi della foresta pluviale, " ha detto Stefan Sievert, un microbiologo presso WHOI e autore senior dello studio. "Le quantità significative di carbonio che questi organismi producono quotidianamente forniscono un'importante fonte di cibo ed energia per altri organismi nel mare profondo, dove generalmente c'è molto meno carbonio disponibile." Poiché il carbonio dalla decomposizione della vita marina affonda dalle acque superficiali al profondo, batteri e altri microrganismi lo masticano finché non avvizzisce diventando cartilagine marina. "Ciò che sta scendendo dalla superficie a queste profondità non è poi così tanto, e poco digeribile per la vita di acque profonde, " ha detto Jesse McNichol, che ha condotto questo lavoro come Ph.D. studente presso WHOI ed è il primo autore dello studio.

I microbi alle prese d'aria ottengono la loro energia per vivere e crescere attraverso la chemiosintesi, nutrendosi di un cocktail chimico di fluidi idrotermali caldi provenienti dalla crosta oceanica. E loro, a sua volta, rappresentano la base della rete alimentare, fornire cibo ad altri organismi che richiedono materia organica preformata, proprio come fanno gli umani.

"Quindi i microbi svolgono un ruolo importante generando nuove fonti di carbonio che altri organismi possono consumare, " ha detto McNichol. "Sulla base dell'area relativamente piccola che le bocche occupano del fondo marino, la produttività complessiva laggiù è piccola rispetto a quella che vediamo in superficie, ma un po' può fare molto nel mare profondo e crea anche punti caldi di attività vicino alle prese d'aria."

Misurare la produttività delle comunità microbiche del fondale marino è stato un compito arduo. Per realizzarlo, i ricercatori hanno raccolto campioni di microbi da un sito di ventilazione ben studiato sull'East Pacific Rise noto come Crab Spa. I fluidi di sfiato sono stati raccolti in contenitori per il campionamento dell'acqua noti come campionatori isobarici a tenuta di gas (IGT), che sono progettati per mantenere le pressioni estreme dell'ambiente naturale di acque profonde in cui vivono i microbi. "Se porti i campionatori in superficie senza mantenere la pressione che esiste sul fondo del mare, " ha spiegato Jeff Seewald, un geochimico della WHOI che ha sviluppato questi campionatori ed è coautore dello studio, "i gas disciolti nel fluido degasseranno, simile a quando apri una bottiglia di acqua frizzante. Questo può cambiare la chimica del fluido e l'attività dei microbi".

Nel laboratorio, le pressioni e le temperature delle acque profonde sono state mantenute mentre i ricercatori hanno aggiunto sostanze chimiche come nitrati, idrogeno, e ossigeno ai campioni. Attraverso questo processo, gli scienziati sono stati in grado di misurare la velocità con cui i microbi hanno consumato sostanze chimiche specifiche e l'efficienza con cui le hanno convertite in biomassa, un parametro critico per determinare la produttività dell'ecosistema microbico.

Fare così, gli scienziati WHOI hanno collaborato con i ricercatori di Lipsia, Germania, impiegare un nuovo metodo analitico noto come NanoSIMS, consentendo loro di abbinare le identità dei microbi con i loro tassi di produzione di carbonio in diverse condizioni di incubazione a livello delle singole cellule microbiche, dimostrando che i microbi noti come Campylobacteria (precedentemente noti come Epsilonproteobacteria) erano i principali produttori di carbonio.

"Alcuni microbi nelle incubazioni hanno raddoppiato la loro popolazione in poche ore", disse Sievert. "Questo indica una biosfera sottomarina molto attiva nelle bocche di acque profonde".

Dato il ruolo fondamentale che queste comunità microbiche svolgono nelle profondità oceaniche, gli scienziati sono alla ricerca di modi nuovi e più routinari per misurare la produttività a miglia di profondità sotto la superficie del mare. Recentemente, Sievert insieme al microbiologo WHOI Craig Taylor, biogeochimico microbico Jeremy Rich presso l'Università del Maine, e gli ingegneri della WHOI hanno ricevuto finanziamenti dalla National Science Foundation per sviluppare un nuovo tipo di strumento di campionamento noto come Vent-Submersible Incubation Device ("Vent-SID") che integra l'approccio basato su IGT.

"È progettato per incubare i microbi e misurare le loro attività proprio sul fondo del mare, " ha spiegato Sievert, riducendo al minimo il tempo prima che le incubazioni possano iniziare dopo aver prelevato un campione. Andando avanti, gli scienziati hanno anche in programma di misurare la produttività microbica in altri siti di ventilazione attraverso l'oceano globale per perfezionare le stime ottenute nel presente studio.

"Abbiamo studiato un tipo di sistema di ventilazione abbastanza comune, ma vorremmo esaminare altri siti di sfiato dove c'è un'abbondanza di altre sostanze chimiche come l'idrogeno, Per esempio, e vedere se i valori di produttività cambiano in modo significativo, " ha detto McNichol.