La ricerca di segni di antica vita microbica nella documentazione geologica è impegnativa a causa del degrado del materiale organico primario. Perciò, la prova dell'origine biogena si basa spesso sulle firme chimiche lasciate dai microrganismi. Un nuovo studio sui minerali nelle fessure delle rocce presenta firme chimiche che sono prove definitive di antichi processi vitali diffusi nella crosta continentale povera di energia. Ma ancora più importante, lo studio amplia notevolmente la nota variazione chimica dello zolfo, uno degli elementi chiave nel metabolismo microbico. Questo fornisce nuovi indizi su quale tipo di firme chimiche aspettarsi dalla vita in ambienti estremi, compresa la ricerca di vita su altri pianeti.

Una parte importante dell'attività biologica sulla Terra è nascosta sotto il suolo fino a una profondità di diversi chilometri in un ambiente chiamato "biosfera profonda". Gli studi sulle forme di vita in questo sistema anossico oscuro hanno implicazioni su come la vita si è evoluta in condizioni che consideriamo estreme. Fornisce anche indizi su come la vita potrebbe essersi evoluta su altri pianeti dove condizioni ostili inibiscono la colonizzazione dell'ambiente superficiale. La conoscenza della vita antica in questo ambiente sotto i nostri piedi è ancora estremamente scarsa.

La ricerca di segni di vita antica sulla Terra nella documentazione geologica è spesso impegnativa perché il materiale organico primario è stato parzialmente o completamente degradato. In queste situazioni, la prova dell'origine biogenica si basa sulle firme geochimiche che i microrganismi lasciano dietro di sé, o alle forme morfologiche di residui microbici mineralizzati. Alla ricerca della vita su altri pianeti, come su Marte, ci si possono aspettare le stesse sfide ed è quindi importante sapere che tipo di firme chimiche aspettarsi dalla vita in ambienti estremi.

In numerose fessure fino a 1700 metri di profondità che sono state in parte sigillate da cristalli cresciuti in esse, un team di ricercatori guidati dal Dr. Henrik Drake dell'Università di Linneo, Svezia, ha tracciato antichi processi microbici, concentrandosi prevalentemente sui microbi che trasformano il solfato in solfuro nel loro metabolismo. L'approccio multidisciplinare ha incluso la misurazione su microscala e l'imaging dello zolfo abbinato alla geocronologia all'interno dei minerali formati in risposta all'attività microbica in diversi siti di rocce granitiche svedesi. Questo è lo studio più esteso di questo processo nella crosta continentale finora e i risultati suggeriscono che il processo è stato diffuso nel tempo e nello spazio nel substrato roccioso.

Henrik Drake spiega come hanno sfruttato l'archivio chimico dei minerali per decifrare antichi processi microbici:

"È ben noto da altri ambienti che quando i microrganismi utilizzano il solfato nel loro metabolismo producono minerali che hanno una caratteristica composizione di zolfo. Infatti, l'abbondanza relativa di diversi atomi di zolfo (isotopi) è tra gli strumenti geochimici più utilizzati per tracciare i processi microbici nella documentazione geologica. Le nostre micro-analisi all'interno dei cristalli della pirite, un minerale di solfuro, hanno mostrato la composizione di isotopi di zolfo più estrema mai registrata sulla Terra".

"Queste firme sono prove definitive di antichi processi vitali nella crosta continentale, ma, cosa più importante, espandono notevolmente la nota variazione isotopica dei minerali solforati prodotti in seguito a metabolismo microbico. Più in dettaglio, l'intervallo del rapporto degli isotopi di zolfo ³⁴ S a ³² S era grande da -54 a +132 per mil (normalizzato allo standard CDT). Adattamento a condizioni di scarsa energia, il metabolismo lento e l'esaurimento completo del solfato disciolto disponibile mentre si muoveva attraverso il sistema di frattura sono spiegazioni per i valori eccezionali".

Christine Heim dell'Università di Gottinga, Germania, coautore dello studio, dice:

"Oltre alle firme degli isotopi abbiamo trovato biomarcatori di antichi resti organici di origine superficiale (ad esempio piante terrestri) conservati all'interno dei rivestimenti minerali a grande profondità. Una connessione con la biosfera superficiale è quindi evidente e può spiegare perché i segni dell'attività microbica bruscamente scomparire a circa 1000 m di profondità."

Vincoli temporali diretti facilitati da tecniche di datazione di nuova concezione rivelate quando sono iniziate le attività biologiche, a 360-400 milioni di anni fa. La vita profonda nella crosta continentale povera di energia ha evidentemente prosperato per eoni, che è un'informazione rilevante quando si cerca la vita in ambienti sotterranei simili di altri pianeti. Henrik Drake riassume:

"Il nostro approccio multi-metodo ci ha reso consapevoli che le firme biologiche in ambienti estremi possono essere diverse da quanto ci aspettavamo in precedenza, e sarebbe quindi molto adatto per l'indagine di ambienti extraterrestri."

Il coautore Martin Whitehouse del Museo Svedese di Storia Naturale aggiunge:

"La capacità di misurare rapidamente gli isotopi di zolfo ad alta risoluzione spaziale mediante microsonda ionica consente un migliore apprezzamento sia della gamma che della distribuzione all'interno dei singoli cristalli di pirite. È interessante che i nostri studi precedenti sullo stesso sistema di frattura abbiano trovato le composizioni di isotopi di carbonio più variabili in minerali di carbonato ancora registrati sulla Terra. Possiamo quindi concludere che la nostra esplorazione della vita antica nelle fessure delle rocce magmatiche terrestri cambierà il modo in cui guardiamo ai proxy geochimici per l'attività microbica in ambienti estremi".

I risultati sono presentati nell'articolo "Senza precedenti ³⁴ S-arricchimento della pirite formata in seguito alla riduzione del solfato microbico nelle rocce cristalline fratturate" nella rivista geobiologia (pubblicato online il 26 giugno 2018).