Microbi metanogeni locuiesc în vulcanii subacvatici

După unele estimări, o treime din organismele de Pământ trăiesc în rocile şi sedimentele planetei noastre, dar vieţile lor sunt aproape un întreg mister.

Activitatea microbiologului James Holden de la Universitatea din Massachusetts-Amherst şi a colegilor săi a făcut lumină în această lume întunecată. În jurnalul Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), ei au raportat primele date detaliate cu privire la microbii ce expiră metan şi care trăiesc adânc în crăpăturile vulcanilor subacvatici fierbinţi.

"S-au adunat mai multe dovezi cum că există o cantitate incredibilă de biomasă în Pământul subteran, în sedimentele marine uscate, probabil la fel de multe ca toate plantele şi animalele de la suprafaţă", afirmă Holden.

"Suntem interesaţi de microbii din pietrele aflate la adâncime şi cel mai bun loc pentru a-i studia este cel al izvoarelor hidrotermale ale vulcanilor submarini. Apa caldă de acolo oferă surse de substanţe nutritive şi energie de care au nevoie aceşti microbi."

Aşa cum biologii au studiat habitatele şi condiţiile necesare vieţii girafelor şi pinguinilor, atunci când acestea reprezentau noutăţi ştiinţifice, "pentru prima dată noi studiem aceste microorganisme subterane, definim condiţiile lor de habitat şi determinăm modul prin care se diferenţiază de alte specii", susţine Holden.

Rezultatul va contribui la înţelegerea ciclurilor biogeochimice în adâncul oceanului de către oamenii de ştiinţă, susţin autorii studiului.

"Aceste studii contribuie foarte mult la înţelegerea de către noi a proceselor microbiene din biosfera încă insuficient cunoscută", spune David Garrison, director al programului în Divizia Ştiinţelor Oceanice a Fundaţiei Naţionale pentru Ştiinţă, care a finanţat cercetarea.

Proiectul încearcă să răspundă şi la întrebări de genul: cum arătau procesele metabolice pe Pământ cu trei miliarde de ani în urmă şi cum ar putea arăta viaţa microbiană de pe alte planete.

Deoarece studiul implică metanogeni - microbi care inhalează hidrogen şi dioxid de carbon pentru a produce metan ca deşeu - acesta ar putea face lumină şi în formarea gazelor naturale pe Pământ.

Un obiectiv major a fost testarea rezultatelor unor modele computerizate predictive şi stabilirea primului prag al unui mediu bogat în hidrogen pentru microbii hipertermofili (foarte iubitori de căldură) sau metanogeni (producători de metan) în fluidele hidrotermale.

"Modelele au prevăzut „caracterul locuibil” al mediilor stâncoase de care noi eram interesaţi cel mai mult, dar am vrut să ancorăm aceste modele în realitate şi să le rafinăm", susţine Holden.

Într-un bioreactor de doi litri la UMass Amherst, în care oamenii de ştiinţă puteau controla nivelurile de hidrogen, ei au crescut culturi pure de metanogeni hipertermofili pentru locul studiului, alături de o specie disponibilă pe piaţă de metanogeni hipertermofili. Cercetătorii au descoperit că măsurătorile de creştere pentru organisme erau aproximativ aceleaşi. Toate au crescut în acelaşi ritm, atunci când au primit cantităţi egale de hidrogen, şi au avut aceleaşi cerinţe minime de creştere.

Holden şi Helene Ver Eecke de la UMass Amherst au folosit tehnici de cultivare pentru a analiza organismele în natură şi a studia, apoi, creşterea acestora în laborator. Investigatoarea Julie Huber, de la Laboratorul de Biologie Marină din Cape Cod, a oferit analize moleculare ale microbilor, în timp ce investigatorii David Butterfield şi Marvin Lilley de la Universitatea din Washington au contribuit cu analize geochimice ale fluidelor.

Utilizând submarinul de cercetare Alvin, au colectat probe de fluide hidrotermale care au ieşit din fisuri negre de până la 350 grade Celsius (662 grade Fahrenheit) şi din crăpături din fundul oceanului, cu temperaturi mai mici. Probele au fost prelevate de la Axial Volcano şi Endeavour Segment, ambele fiind situri de observare pe termen lung aflate de-a lungul unui lanţ muntos submarin situat la aproximativ 320 de km în largul coastei Washingtonului şi Oregonului şi la peste un kilometru şi jumătate sub suprafaţa oceanului.

"Am folosit instrumente specializate de prelevare a probelor pentru a măsura atât compoziţia chimică cât şi cea microbiană a fluidelor hidrotermale", susţine Butterfield. "Acest efort a fost întreprins pentru a înţelege factorii biologici şi chimici ce determină structura comunităţii microbiene şi ratele sale de creştere".

Cercetătorii au avut parte de o întorsătură fericită când au pus cap la cap o imagine a modului în care trăiesc şi lucrează metanogenii. La situl cu un nivel scăzut de hidrogen, Endeavour, s-a descoperit că acolo trăiesc puţini metanogeni hipertermofili care se hrănesc cu deşeurile de hidrogen produse de alţi hipertermofili.

"Acest lucru a fost extrem de interesant", a spus Holden. "Am descris un ecosistem metanogen care include o relaţie simbiotică între microbi."

Cercetarea a fost susţinută şi de Institutul de Astrobiologie al NASA şi de Administraţia Naţională a Oceanelor şi Atmosferei.