Più di 10 miglia nell'entroterra del Parco Nazionale di Yellowstone, sul bordo della caldera, vive una comunità di alta quota così diversificata che gli scienziati della Montana State University la definiscono "incredibile, unico e davvero strano."

La comunità di microrganismi vive in una sorgente termale blu zaffiro 8, 600 piedi sopra il livello del mare sul Continental Divide. È una piscina dove i gas vulcanici salgono per mescolarsi con lo scioglimento della neve e l'acqua piovana, un fenomeno che consente livelli di diversità eccezionalmente elevati, disse Dan Colman, professore assistente di ricerca presso il Dipartimento di Microbiologia e Immunologia presso il College of Agriculture e il College of Letters and Science.

Colman ha trovato più biodiversità microbica in un campione di dimensioni ridotte rispetto a quella presente se si dovesse combinare tutta la biodiversità animale e vegetale a Yellowstone. Alcuni erano batteri e altri erano Archaea, due dei tre domini della vita, e meno della metà di essi era stata rilevata in precedenza nei sistemi idrotermali. Alcuni potrebbero anche essere parenti moderni di antichi microbi, potenzialmente offrendo lezioni sulla vita sulla Terra primordiale e il potenziale per la vita su altri pianeti.

"Pensiamo che questo lavoro abbia alcune implicazioni piuttosto ampie che si estendono su diverse discipline, " ha detto Colman, autore principale di un articolo scientifico che spiegava le scoperte di MSU nella sorgente termale nota come Smoke Jumper 3 o SJ3.

Il documento è stato pubblicato l'8 febbraio sulla rivista online Comunicazioni sulla natura . I coautori erano il professore associato Eric Boyd e la dottoranda Melody Lindsay, sia nel Dipartimento di Microbiologia e Immunologia.

Boyd ha affermato che il documento è unico in quanto non descrive solo la diversità che si trova in una sorgente termale; spiega anche le condizioni che hanno consentito lo sviluppo e il mantenimento di tale diversità.

"Molte persone sono interessate a scoprire la diversità. Questo è l'obiettivo finale. È ammirevole, " Boyd ha detto. "Quello che Dan voleva sapere è perché. Perché abbiamo così tanta diversità, e perché alcune sorgenti sono più diverse di altre?"

Colman attribuisce quella diversità alla geochimica unica del bacino del geyser di Smoke Jumper, in particolare SJ3. Ha detto che SJ3 è il posto perfetto per iniziare a capire come i processi geologici portano a gas vulcanici elevati nei sistemi idrotermali e come questo, a sua volta, supporta la vita microbica che dipende da fonti chimiche di energia invece che da energia luminosa.

"Mostriamo che è dovuto alla sua posizione geografica e, per non parlare di, che si trova in cima a uno dei più grandi vulcani attivi del mondo, " ha detto. "SJ3 si trova ad alta quota sul Continental Divide, caratteristiche che impediscono alle falde acquifere idrotermali profonde di raggiungere questa zona."

Colman ha affermato che SJ3 e altre sorgenti simili sono alimentate da elevati volumi di gas vulcanici generati dall'ebollizione delle acque idrotermali mentre salgono verso la superficie. Questi gas possono mescolarsi con acque vicine alla superficie, come piogge recenti o neve sciolta.

Ha notato che il gas vulcanico che finisce in SJ3 è molto diverso dai gas presenti nella nostra atmosfera in quanto manca di ossigeno. Piuttosto, il gas vulcanico si arricchisce di idrogeno, metano e monossido di carbonio, mentre l'acqua in cui si infiltra è molto ossidata, o ricco di ossigeno. La miscelazione di tali diversi tipi di fluidi probabilmente migliora le condizioni che possono supportare la vita microbica, portando a una maggiore diversità e offrendo nuove opportunità per sfruttare il loro ambiente "gassoso".

Confrontando SJ3 con un buffet, Colman ha detto, "Proprio come una maggiore varietà di cibo attrae più e diversi tipi di persone, così fa una sorgente termale che offre una varietà di condizioni chimiche".

Allora perché i ricercatori della MSU si sono concentrati su questa particolare sorgente termale quando Yellowstone ne ha 14, 000 sorgenti termali che avrebbero potuto indagare?

Interessato da tempo al ruolo dell'idrogeno nel supportare i microbi che ottengono la loro energia da sostanze chimiche invece che dalla luce, Boyd ha detto che le sorgenti termali di Smoke Jumper e le altre sorgenti termali del parco sono state esaminate negli anni '20 e nei primi anni '30 da scienziati del Carnegie Institute di Washington. Pubblicarono le loro scoperte nel 1935, e il successivo lavoro dell'U.S. Geological Survey ha indicato volumi particolarmente elevati di gas vulcanico nel bacino del geyser del ponte di fumo. Sapendo questo, Boyd e altri quattro hanno trascorso una giornata a Yellowstone nel luglio 2014, raccogliendo campioni da SJ3 e da tre sorgenti termali vicine.

"Solo guardare una sorgente termale non ti dice necessariamente quanto sia biodiversa, " disse Boyd. "Ma non appena abbiamo misurato il pH della sorgente e fatto altre misurazioni, sapevamo che stavamo assaggiando una primavera unica."

Colman ha affermato che ci sono voluti circa altri tre anni per eseguire i test di sequenziamento genetico e analizzare i risultati che hanno rivelato la diversità della comunità microbica. La maggior parte delle sorgenti termali contiene un paio di tipi di organismi microbici. Questo conteneva rappresentanti di quasi la metà di tutti i gruppi conosciuti di microrganismi che vivono sulla Terra, tra cui dozzine e dozzine di lignaggi archeali e batterici incolti.

"Inoltre, molti dei lignaggi che abbiamo rilevato in SJ3 hanno recentemente attirato un'attenzione significativa a causa del loro potenziale per informare sull'evoluzione della metanogenesi (la creazione biologica di metano), oltre a tipi precedentemente sconosciuti di metanogeni, e lignaggi microbici a ramificazione profonda associati ad ambienti sotterranei e molti altri lignaggi enigmatici, "Ha detto Colman. "È probabile che ulteriori studi su tali sistemi e sugli intriganti organismi al loro interno forniranno ulteriori importanti informazioni sull'ecologia microbica e getteranno nuova luce sul loro ruolo nell'evoluzione dei processi biogeochimici".