Utilizzando anni di dati raccolti da habitat coperti di ghiaccio in tutto il mondo, un team della Montana State University ha scoperto nuove intuizioni sui processi che supportano la vita microbica sotto calotte glaciali e ghiacciai, e il ruolo che questi organismi svolgono nel perpetuare la vita attraverso le ere glaciali e, forse, in ambienti apparentemente inospitali su altri pianeti.

Dottorando Eric Dunham del Dipartimento di Microbiologia e Immunologia della MSU presso il College of Agriculture, insieme al mentore Eric Boyd, hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze questa settimana. Il lavoro esamina i modi in cui l'acqua e i microbi interagiscono con il substrato roccioso sotto i ghiacciai, utilizzando campioni di sedimenti prelevati da siti glaciali in Canada e Islanda.

"Continuiamo a trovare organismi in questi sistemi supportati dal gas idrogeno, " ha detto Boyd dell'ispirazione per il progetto. "Inizialmente non aveva senso, perché non siamo riusciti a capire da dove provenisse quel gas idrogeno da sotto questi ghiacciai".

Un team di ricercatori, compreso Boyd, poi scoperto che attraverso una serie di processi fisici e chimici, Il gas idrogeno viene prodotto mentre il substrato roccioso ricco di silice sotto i ghiacciai viene macinato in minuscole particelle minerali dal peso del ghiaccio sopra di esso. Quando quelle particelle minerali si combinano con l'acqua di disgelo glaciale, rilasciano idrogeno.

Ciò che divenne ancora più affascinante per Boyd e Dunham era che le comunità microbiche sotto i ghiacciai potevano combinare quel gas idrogeno con l'anidride carbonica per generare più materia organica, chiamata biomassa, attraverso un processo chiamato chemiosintesi. La chemiosintesi è simile al modo in cui le piante generano biomassa dall'anidride carbonica attraverso la fotosintesi, sebbene la chemiosintesi non richieda la luce solare.

Per saperne di più su cosa stavano facendo quei microbi chemiosintetici, Dunham ha utilizzato campioni di sedimenti dei ghiacciai del Canada e dell'Islanda. Ha coltivato campioni degli organismi viventi trovati nel sedimento in un laboratorio, osservandoli per diversi mesi per vedere se continuerebbero a crescere nell'ambiente simulato.

"Gli organismi a cui eravamo interessati si affidano al gas idrogeno come cibo per crescere, e la maggior parte sono anche anaerobi, significa che l'ossigeno li ucciderà, " ha detto Dunham, che è originario di Billings e sta entrando nell'ultimo semestre dei suoi studi di dottorato. "Uno dei passaggi più critici nella preparazione di questi esperimenti, e facilmente l'elemento più stressante, stava mettendo quei campioni in bottiglie e svuotando tutto l'ossigeno il più rapidamente possibile, quindi non ho ucciso gli organismi che stavo cercando di studiare."

In mesi di preparazione e osservazione delle colture microbiche, Dunham ha scoperto che non solo era possibile monitorare la crescita delle comunità nell'ambiente di laboratorio, ma anche che il tipo di roccia sottostante un ghiacciaio influenzava la quantità di gas idrogeno prodotto, che a sua volta ha portato alla presenza di comunità microbiche più adatte a metabolizzare l'idrogeno. Campioni prelevati dal ghiacciaio Kötlujökull in Islanda, che si trova in cima alla roccia basaltica, prodotto molto più gas idrogeno rispetto ai campioni del ghiacciaio Robertson in Alberta, Canada, che ha un substrato di carbonato al di sotto di esso.

Poiché usano quel gas idrogeno per generare energia, disse Boyd, i microbi estraggono anche anidride carbonica dall'aria per creare biomassa, replicare e crescere. Quella capacità di "aggiustare" il carbonio è un processo critico di regolazione del clima, un'altra somiglianza con la fotosintesi nelle piante.

"Considerando che i ghiacciai e le calotte glaciali coprono oggi circa il 10% della massa continentale della Terra, e una frazione molto più grande a volte nel passato del pianeta, attività microbiche come quelle misurate da Eric hanno probabilmente avuto un impatto importante sul clima terrestre, sia oggi che in passato, " ha detto Boyd. "Sappiamo da tempo che i microrganismi che vivono sotto le calotte glaciali o i ghiacciai possono fissare il carbonio, ma non abbiamo mai veramente capito come. Ciò che mostra il lavoro pionieristico di Eric è che non solo questi organismi sono completamente autosostenibili nel senso che possono generare il proprio carbonio fisso, inoltre non hanno bisogno della luce solare per farlo come il resto della biosfera con cui abbiamo familiarità".

Guardando più lontano agli altri pianeti del nostro sistema solare, Boyd osserva che due degli elementi critici che gli scienziati cercano quando valutano l'abitabilità sono l'acqua e una fonte di energia. La nuova conoscenza che le comunità microbiche autosufficienti possono prosperare in ambienti ghiacciati attraverso la generazione di gas idrogeno è un passo fondamentale verso l'identificazione di ambienti potenzialmente abitabili su altri pianeti.

"Ci sono molte prove di ghiaccio e ghiacciai su altri pianeti, " ha detto. "Sono abitabili? Non lo sappiamo. Potrebbero esserci microbi che vivono sotto lastre di ghiaccio su pianeti con un substrato roccioso simile a quelli studiati da Eric? Assolutamente. Non c'è motivo di pensare diversamente".

Per Dunham, la cui ricerca universitaria e post-diploma si è concentrata sulle scienze della salute e sulla virologia prima di passare alla biogeochimica, la parte più gratificante della nuova scoperta è esplorare come i vari processi della Terra si incastrano e si influenzano a vicenda in modi che la comunità scientifica sta appena iniziando a sbloccare.