Descubren la sorprendente actividad entre los organismos en el profundo y extremadamente caliente fondo marino
Desde el descubrimiento de la biosfera del fondo marino profundo a mediados de la década de 1990, los científicos han estudiado las condiciones bajo las cuales los organismos prosperan en este entorno aislado y generalmente privado de alimentos y se han preguntado qué condiciones establecen un límite para la existencia de la vida.
En 2016, un grupo de científicos internacionales se hizo a la mar a bordo del buque de perforación científico japonés Chikyu para estudiar el límite de temperatura de la biosfera del fondo marino profundo. Se recolectaron muestras de sedimentos de un pozo de perforación que atravesó la zona de subducción geológica de Nankai Trough frente a Japón.
En este sitio, la temperatura aumenta abruptamente con la profundidad hasta alcanzar los 120°C, una temperatura sugerida cercana al límite para la vida, a 1.200 metros bajo el lecho marino. Para su sorpresa, los científicos encontraron una comunidad microbiana muy pequeña pero muy activa que prosperaba en estas profundas y cálidas condiciones.
Los científicos determinaron el número de células en el sedimento y midieron sus tasas metabólicas mediante mediciones de radiotrazadores altamente sensibles de producción de metano y reducción de sulfato. Descubrieron que las tasas metabólicas por célula eran extraordinariamente altas para la biosfera profunda. Los nuevos hallazgos sobre las muestras recolectadas en 2016 arrojan luz sobre las estrategias de supervivencia de los organismos que viven en este hostil entorno.
"Proponemos que los organismos están obligados a mantener un alto recambio metabólico, que se acerca a la actividad de los microbios que viven en los sedimentos superficiales y en cultivos de laboratorio, para proporcionar la energía necesaria para reparar el daño térmico de las células", dijo Felix Beulig, de la Universidad de Bayreuth, quien es el autor principal del estudio.
"La energía requerida para reparar el daño térmico a los componentes celulares aumenta abruptamente con la temperatura, y la mayor parte de esta energía probablemente sea necesaria para contrarrestar la alteración continua de los aminoácidos y la pérdida de la función de las proteínas", dijo la líder del estudio, Tina Treude, profesora de geomicrobiología marina de la Universidad de California, Los Angeles (UCLA).
Imagen: Temperatura, biogeoquímica, recuentos de células y procesos microbianos anaeróbicos en el sedimento del sitio C0023 del IODP.
Está lejos de ser trivial detectar actividad metabólica microbiana en sedimentos con menos de 500 células por centímetro cúbico de sedimento, que es siete órdenes de magnitud menor que en el sedimento superficial promedio. "Trabajamos en condiciones estériles extremadamente controladas y realizamos una gran cantidad de experimentos de control simultáneamente con las incubaciones de muestras", dijo Florian Schubert del Centro Alemán de Investigación de Geociencias, quien realizó estos análisis como parte de sus estudios de doctorado.
"Incluso incubamos sedimentos esterilizados con alta radiación gamma, así como fluido de perforación del pozo de perforación, para detectar posibles reacciones no biológicas o actividad microbiana inducida por la contaminación", dijo Jens Kallmeyer, mentor de Florian Schubert.
Debido a que las determinaciones de la tasa metabólica se realizaron en condiciones de laboratorio, quedaba cierta incertidumbre sobre si los microbios mostrarían la misma actividad metabólica en su entorno natural. Por lo tanto, los científicos compararon las tasas de reducción de sulfato metabólico medidas con el tiempo de agotamiento calculado del sulfato disuelto en el sedimento profundo.
"Dado que estamos comparando dos enfoques metodológicos muy diferentes que actúan en escalas de tiempo de días frente a millones de años, es gratificante el acuerdo entre la determinación de la tasa experimental y el tiempo de agotamiento calculado", dijo Arthur Spivack de la Universidad de Rhode Island.
La alta actividad por célula de los reductores de sulfato y los metanógenos en los sedimentos más profundos y calientes aparentemente es alimentada por hidrógeno y acetato del agua intersticial del sedimento.
"El acetato, que es una pequeña molécula orgánica que también está presente en el vinagre, es de particular interés como fuente potencial de alimento", dijo Verena Heuer de MARUM en Alemania, quien fue codirectora científica de la expedición. "El acetato alcanza concentraciones de más de 10 mmol por litro en el agua intersticial del sedimento, que es excepcionalmente alta para los sedimentos marinos".
Para Bo Barker Jørgensen de la Universidad de Aarhus, uno de los pioneros de la investigación de la biosfera profunda, la detección de altas tasas específicas de células en la biosfera profunda es un descubrimiento fascinante. "Siempre encontramos que los microbios en la biosfera profunda son una comunidad extremadamente lenta que mordisquea lentamente los últimos restos de materia orgánica enterrada de millones de años. Pero la biosfera profunda está llena de sorpresas. Encontrar vida prosperando con altas tasas metabólicas a estas altas temperaturas en el lecho marino profundo alimenta nuestra imaginación de cómo la vida podría evolucionar o sobrevivir en entornos similares en cuerpos planetarios más allá de la Tierra".
Fumio Inagaki y Yuki Morono de JAMSTEC en Japón fueron los otros dos codirectores científicos de la expedición y responsables de la detección de células en el sedimento. Cuando se les preguntó qué pensaban sobre el hecho de que la expedición no detectó el límite superior de temperatura de la biosfera profunda, ambos dijeron: "Tenemos que volver y perforar más profundo".
Los últimos límites de la biosfera dentro de la Tierra siguen siendo desconocidos. Como lo muestra este proyecto, el límite reside en algún lugar de la corteza oceánica debajo de los sedimentos. Será explorado en el futuro a través de perforaciones oceánicas científicas.
Los hallazgos han sido publicados el 25 de enero en la revista Nature Communications: Rapid metabolism fosters microbial survival in the deep, hot subseafloor biosphere
Imagen de cabecera: Durante la expedición IODP 370 a bordo del barco de perforación científico japonés Chikyu se recolectaron muestras de sedimentos de la biosfera profunda y caliente del fondo marino. Crédito: JAMSTEC
