I batteri "zombi" appena viventi e altre forme di vita costituiscono un'immensa quantità di carbonio nelle profondità del sottosuolo terrestre, da 245 a 385 volte maggiore della massa di carbonio di tutti gli esseri umani sulla superficie, secondo gli scienziati che si avvicinano alla fine di una collaborazione internazionale di 10 anni per rivelare i segreti più intimi della Terra.

Alla vigilia dell'incontro annuale dell'American Geophysical Union, scienziati del Deep Carbon Observatory hanno riportato oggi diverse scoperte trasformazionali, compreso quanta e quali tipi di vita esistono nel sottosuolo profondo sotto i più grandi estremi di pressione, temperatura, e scarsa disponibilità di nutrienti.

Perforando 2,5 chilometri nel fondale marino, e campionare microbi da miniere continentali e pozzi profondi più di 5 km, gli scienziati hanno utilizzato i risultati per costruire modelli dell'ecosistema nelle profondità del pianeta.

Con approfondimenti da ora centinaia di siti sotto i continenti e i mari, hanno approssimato le dimensioni della biosfera profonda - da 2 a 2,3 miliardi di km cubi (quasi il doppio del volume di tutti gli oceani) - così come la massa di carbonio della vita profonda:da 15 a 23 miliardi di tonnellate (una media di almeno 7,5 tonnellate di carbonio per km3 di sottosuolo).

Il lavoro aiuta anche a determinare i tipi di ambienti extraterrestri che potrebbero supportare la vita.

Tra le tante scoperte e approfondimenti chiave:

• La biosfera profonda costituisce un mondo che può essere visto come una sorta di "Galapagos sotterranee" e comprende membri di tutti e tre i domini della vita:batteri e archaea (microbi senza nucleo legato alla membrana), e eukarya (microbi o organismi multicellulari con cellule che contengono un nucleo e organelli legati alla membrana)
• Due tipi di microbi, batteri e archei, dominano la Terra Profonda. Tra loro ci sono milioni di tipi distinti, la maggior parte ancora da scoprire o caratterizzare. Questa cosiddetta "materia oscura" microbica espande drammaticamente la nostra prospettiva sull'albero della vita. Gli scienziati di Deep Life affermano che circa il 70% dei batteri e degli archei della Terra vive nel sottosuolo
• I microbi profondi sono spesso molto diversi dai loro cugini di superficie, con cicli di vita su scale temporali quasi geologiche, cenare in alcuni casi con nient'altro che l'energia delle rocce
• La diversità genetica della vita sotto la superficie è paragonabile o supera quella sopra la superficie
• Mentre le comunità microbiche del sottosuolo differiscono notevolmente tra gli ambienti, alcuni generi e gruppi tassonomici superiori sono onnipresenti:appaiono in tutto il pianeta
• La ricchezza della comunità microbica si riferisce all'età dei sedimenti marini in cui si trovano le cellule, suggerendo che nei sedimenti più vecchi, l'energia alimentare è diminuita nel tempo, riduzione della comunità microbica
• I limiti assoluti della vita sulla Terra in termini di temperatura, pressione, e la disponibilità di energia devono ancora essere trovate. I record vengono continuamente battuti. Un capofila per l'organismo più caldo della Terra nel mondo naturale è Geogemma barossii, un organismo unicellulare che prospera nelle bocche idrotermali sul fondo del mare. Le sue cellule, minuscole sfere microscopiche, crescere e replicarsi a 121 gradi Celsius (21 gradi più caldi del punto di ebollizione dell'acqua). La vita microbica può sopravvivere fino a 122°C, il record raggiunto in una cultura di laboratorio (per confronto, il luogo più caldo da record sulla superficie terrestre, in un deserto iraniano disabitato, è di circa 71°C, la temperatura di una bistecca ben cotta)
• La profondità record alla quale è stata trovata la vita nel sottosuolo continentale è di circa 5 km; il record nelle acque marine è di 10,5 km dalla superficie dell'oceano, una profondità di estrema pressione; a 4000 metri di profondità, Per esempio, la pressione è circa 400 volte maggiore rispetto al livello del mare
• Gli scienziati hanno una migliore comprensione dell'impatto sulla vita nei luoghi del sottosuolo manipolati dall'uomo (ad es. scisti fratturati, cattura e stoccaggio del carbonio)

L'accuratezza sempre crescente e il costo in calo del sequenziamento del DNA, insieme a scoperte nelle tecnologie di perforazione oceanica profonda (pioniere sulla nave scientifica giapponese Chikyu, progettato per perforare in definitiva molto al di sotto del fondo marino in alcune delle regioni più sismicamente attive del pianeta) ha permesso ai ricercatori di dare un primo sguardo dettagliato alla composizione della biosfera profonda.

Ci sono sforzi comparabili per perforare sempre più in profondità sotto gli ambienti continentali, utilizzando dispositivi di campionamento che mantengono la pressione per preservare la vita microbica (nessuno pensava di rappresentare una minaccia o un beneficio per la salute umana).

Per stimare la massa totale della vita profonda subcontinentale della Terra, Per esempio, gli scienziati hanno raccolto dati sulla concentrazione cellulare e sulla diversità microbica da località di tutto il mondo.

Guidato da Cara Magnabosco del Flatiron Institute Center for Computational Biology, New York, e un team internazionale di ricercatori, gli scienziati del sottosuolo hanno preso in considerazione una serie di considerazioni, compreso il flusso di calore globale, temperatura superficiale, profondità e litologia, le caratteristiche fisiche delle rocce in ciascuna località, per stimare che il sottosuolo continentale ospiti da 2 a 6 × 10^29 cellule.

In combinazione con le stime della vita nel sottosuolo sotto gli oceani, La biomassa totale globale della Terra profonda è di circa 15-23 petagrammi (da 15 a 23 miliardi di tonnellate) di carbonio.

Dice Mitch Sogin del laboratorio di biologia marina Woods Hole, STATI UNITI D'AMERICA, co-presidente della comunità Deep Life di DCO di oltre 300 ricercatori in 34 paesi:"Esplorare il sottosuolo profondo è come esplorare la foresta pluviale amazzonica. C'è vita ovunque, e ovunque c'è un'abbondanza impressionante di organismi inaspettati e insoliti.

"Gli studi molecolari aumentano la probabilità che la materia oscura microbica sia molto più diversificata di quella che attualmente sappiamo che è, e i lignaggi ramificati più profondi sfidano il concetto di tre domini introdotto da Carl Woese nel 1977. Forse ci stiamo avvicinando a un nesso in cui i primi modelli di ramificazione possibili potrebbero essere accessibili attraverso l'indagine sulla vita profonda.

"Dieci anni fa, sapevamo molto meno delle fisiologie dei batteri e dei microbi che dominano la biosfera del sottosuolo, "dice Karen Lloyd, Università del Tennessee a Knoxville, STATI UNITI D'AMERICA. "Oggi, lo sappiamo, in molti posti, investono la maggior parte delle loro energie nel semplice mantenimento della loro esistenza e poco nella crescita, che è un modo affascinante di vivere.

"Anche oggi, sappiamo che la vita nel sottosuolo è comune. Dieci anni fa, avevamo provato solo pochi siti, i tipi di posti in cui ci saremmo aspettati di trovare vita. Ora, grazie al campionamento ultra profondo, sappiamo che possiamo trovarli praticamente ovunque, anche se il campionamento ha ovviamente raggiunto solo una parte infinitesimale della biosfera profonda".

"I nostri studi sui microbi della biosfera profonda hanno prodotto molte nuove conoscenze, ma anche una realizzazione e un apprezzamento molto maggiore di quanto dobbiamo ancora imparare sulla vita sotto la superficie, "dice Rick Colwell, Università statale dell'Oregon, STATI UNITI D'AMERICA. "Per esempio, gli scienziati non conoscono ancora tutti i modi in cui la vita nel sottosuolo profondo influenza la vita in superficie e viceversa. E, per adesso, possiamo solo meravigliarci della natura del metabolismo che consente alla vita di sopravvivere nelle condizioni estremamente povere e proibitive per la vita nelle profondità della Terra".

Tra i tanti enigmi rimasti della vita profonda sulla Terra:

Movimento: Come si diffonde la vita profonda, lateralmente attraverso le crepe nelle rocce? Su, fuori uso? Come può la vita profonda essere così simile in Sud Africa e Seattle, Washington? Hanno avuto origini simili e sono stati separati dalla tettonica a zolle, Per esempio? Oppure le comunità stesse si spostano? Quali ruoli svolgono i grandi eventi geologici (come la tettonica a zolle, terremoti; creazione di grandi province ignee; bombardamenti meteorici) giocano nei movimenti della vita profonda?

Origini: La vita è iniziata nel profondo della Terra (o all'interno della crosta, vicino a bocche idrotermali, o nelle zone di subduzione) poi migrano verso l'alto, verso il sole? O la vita è iniziata in un piccolo stagno caldo di superficie ed è migrata verso il basso? Come si riproducono gli zombi microbici del sottosuolo, o vivere senza dividersi da milioni a decine di milioni di anni?

Energia: è metano, idrogeno, o radiazioni naturali (da uranio e altri elementi) la fonte di energia più importante per la vita profonda? Quali fonti di energia profonda sono più importanti nei diversi contesti? Come funziona l'assenza di nutrienti, e temperature e pressioni estreme, impatto sulla distribuzione microbica e sulla diversità nel sottosuolo?

"Le scoperte riguardanti la natura e l'estensione della biosfera microbica profonda sono tra i risultati principali del Deep Carbon Observatory. I ricercatori della vita profonda hanno aperto i nostri occhi su panorami straordinari:visioni emergenti della vita che non sapevamo esistessero", afferma Robert Hazen, scienziato senior del personale, Laboratorio Geofisico, Istituto Carnegie per la scienza, e Direttore Esecutivo DCO.

"Non sono addobbi natalizi, ma le palline e gli orpelli della vita profonda sembrano poter decorare un albero così come il vetro Swarovski. Perché la natura dovrebbe rendere bella la vita profonda quando non c'è luce, niente specchi?" dice Jesse Ausubel della Rockefeller University, uno dei fondatori del DCO.