Tumulo idrotermale a ~2000 metri di profondità nel bacino di Guaymas. Questa torre "vivente" alta diversi metri di minerali e sedimenti impregnati di idrocarburi è permeata da fluidi idrotermali. La superficie della struttura è ricoperta da stuoie bianche e arancioni di batteri che utilizzano lo zolfo come fonte di energia. Visto dal sommergibile Alvin. Credito:Teske et al, Davanti. Microbiol., 2021
Fa freddo nelle profondità degli oceani del mondo; la maggior parte del fondale marino è a 4°C. Non così il fondale marino del bacino di Guaymas nel Golfo della California. Qui, le placche tettoniche si allontanano e il calore dall'interno della Terra può salire, così in alto da cuocere ampie aree dei sedimenti del fondo marino, trasformando la materia organica sepolta in metano e altri composti ricchi di energia.
Quali tipi di organismi prosperano in questo hotspot oceanico? In due nuovi studi, MBL Assistant Scientist Emil Ruff e collaboratori mostrano che regioni distinte all'interno del bacino ospitano microrganismi appositamente adattati; scoprire nuovi abitanti microbici di questa comunità di acque profonde; e suggerire come la comunità possa influenzare drammaticamente il ciclo del carbonio nei sedimenti caldi del fondale marino.
Proprio sul fondo del mare dove il calore geotermico incontra il freddo oceano profondo, i sedimenti hanno spesso una temperatura accogliente di 30-60 °C, temperature ideali per i microbi amanti del calore (termofili). Questi esotici amanti del calore possono utilizzare il metano come fonte di energia e prosperare in paesaggi marini così diversi dalla maggior parte degli altri ecosistemi sulla Terra che potrebbero benissimo esistere su un altro pianeta. I mangiatori di metano e altri organismi che utilizzano l'energia chimica dei fluidi idrotermali sono alla base della rete alimentare, senza i quali l'ecosistema non sarebbe possibile. Nel primo studio, Teske et al. mostrano che questi divoratori di metano e altri microbi sono particolarmente adatti a regimi termici e geochimici distinti all'interno del bacino.
Partecipanti alla spedizione R/V Atlantis nel bacino di Guaymas, Golfo di California, nel 2016. L'R/V Atlantis è gestito dalla Woods Hole Oceanographic Institution e le sue spedizioni includono scienziati di molte istituzioni. Sul retro, il sommergibile d'altura Alvin è nascosto nel suo hangar. Credito:Alexander Epp, Istituto oceanografico di Woods Hole
Le comunità microbiche in questi sedimenti idrotermali sono molto diverse, eppure solo pochi organismi possono utilizzare il metano come fonte di energia. Così, cosa stanno facendo tutti gli altri?
Una gran parte, o la maggior parte, della diversità microbica sembra consistere in organismi, che, come gli esseri umani, possono utilizzare solo composti organici ridotti per produrre energia (come zuccheri, proteine e acidi grassi). Questi organismi, chiamati eterotrofi, deve vivere in qualche modo della biomassa che piove dalla superficie dell'oceano o è prodotta dai muncher di metano e da altri produttori primari.
È una domanda di vecchia data:quali composti usano questi eterotrofi per guadagnarsi da vivere e perché così tante specie diverse possono vivere fianco a fianco senza competere a vicenda. Nel secondo studio, Sherlynette Perez Castro, uno scienziato post-dottorato nel laboratorio di Ruff al MBL, e collaboratori mostrano che alcuni amanti del calore sono specializzati nel degradare i "detriti" che vengono rilasciati nell'ambiente quando altre cellule muoiono:polimeri organici e macromolecole. (Vedi il post del blog "Behind the Paper" di Pérez Castro in Microbiologia della natura .)
Mappa batimetrica del bacino di Guaymas annotata con i siti di campionamento della spedizione Atlantis AT37-06 nel 2016. Credito:Teske et al, Davanti. Microbiol., 2021. Sulla base di un modello per gentile concessione di C. Mortera, UNAM.
ogni cellula, sia esso un microbio o una cellula umana, consiste principalmente di quattro tipi di macromolecole:proteine, acidi nucleici (DNA, RNA), lipidi (acidi grassi) e polisaccaridi (zuccheri). I ricercatori hanno utilizzato successivamente ciascuno di questi quattro composti come unica fonte di energia e carbonio per crescere e identificare quegli organismi di acque profonde che possono guadagnarsi da vivere con il rispettivo composto.
Hanno scoperto che tutti gli organismi che potevano coltivare nei loro esperimenti di laboratorio appartenevano a specie microbiche precedentemente incolte. Gli esperimenti hanno anche mostrato che ogni polimero era nutrimento per un'intera rete alimentare di organismi, il che spiega come una singola molecola possa sostenere uno zoo di organismi, suggerendo una ragione per l'elevata diversità di eterotrofi coesistenti.
Con loro sorpresa, nessuna delle 48 diverse culture ha prodotto metano, un prodotto finale comune di organismi eterotrofi. Ciò potrebbe significare che il metano che viene emesso sul fondo marino viene completamente rimosso dall'ecosistema dalle comunità microbiche, che ha implicazioni per il ciclo del carbonio in acque profonde che restano da esplorare.
