Los ecosistemas profundos de la Tierra (y otros planetas)

Los colaboradores del Observatorio Deep Carbon, que exploran las "Galápagos de las profundidades", se suman a lo que se sabe y se desconoce acerca del ecosistema más prístino de la Tierra.

Las bacterias, las arqueas y otros microbios, existen incluso en el subsuelo más profundo conocido, y son más extraños que sus homólogos de superficie.

Aproximadamente 70% de las bacterias y arqueas de la Tierra viven subterráneamente

La vida profunda de la Tierra sugiere que los microbios podrían habitar el subsuelo de otros planetas

Las bacterias "zombies" que apenas viven y otras formas de vida constituyen una inmensa cantidad de carbono en las profundidades del subsuelo de la Tierra.

En la víspera de la reunión anual de la American Geophysical Union, los científicos del Deep Carbon Observatory informaron hoy sobre varios descubrimientos transformadores, entre ellos, la cantidad y el tipo de vida que existen en el subsuelo profundo, bajo los extremos más extremos de presión, temperatura y bajo consumo de energía y nutrientes. disponibilidad.

Perforando 2.5 kilómetros en el fondo marino, y muestreando microbios de minas continentales y pozos de más de 5 km de profundidad, el equipo ha utilizado los resultados para construir modelos del ecosistema en las profundidades del planeta.

Con información obtenida a partir de cientos de sitios bajo los continentes y los mares, han evaluado el tamaño de la biosfera profunda: de 2 a 2.3 billones de kilómetros cúbicos (casi el doble del volumen de todos los océanos), así como la masa de carbono de la vida profunda: 15 a 23 [1] mil millones de toneladas (un promedio de al menos 7.5 toneladas de carbono por cu km km).

El trabajo también ayuda a determinar los tipos de entornos extraterrestres que podrían sustentar la vida.

Entre muchos descubrimientos e ideas clave se señalan los sigueintes:

La biósfera profunda constituye un mundo que se puede ver como una especie de "Galápagos subterráneos" e incluye miembros de los tres dominios de la vida: bacterias y arqueas (microbios sin núcleo con membrana) y eucariotas (microbios o organismos multicelulares con células). que contienen un núcleo así como organelos unidos a la membrana)

Dos tipos de microbios, bacterias y arqueas, dominan la Tierra Profunda. Entre ellos hay millones de tipos distintos, la mayoría aún por descubrir o caracterizar. Esta llamada "materia oscura" microbiana expande dramáticamente nuestra perspectiva sobre el árbol de la vida. Los científicos de Deep Life dicen que alrededor del 70% de las bacterias y arqueas de la Tierra viven en el subsuelo

Los microbios profundos a menudo son muy diferentes de sus primos de superficie, con ciclos de vida en escalas de tiempo casi geológicas, que en algunos casos comen solo con energía de las rocas.

La diversidad genética de la vida debajo de la superficie es comparable o superior a la superficie

Si bien las comunidades microbianas subsuperficiales difieren mucho entre entornos, ciertos géneros y grupos taxonómicos superiores son ubicuos: aparecen en todo el planeta

La riqueza de la comunidad microbiana se relaciona con la edad de los sedimentos marinos donde se encuentran las células, lo que sugiere que en los sedimentos más antiguos, la energía de los alimentos ha disminuido con el tiempo, lo que reduce la comunidad microbiana

Los límites absolutos de la vida en la Tierra en términos de temperatura, presión y disponibilidad de energía aún no se han encontrado. Los registros se rompen continuamente. Un pionero para el organismo más caliente de la Tierra en el mundo natural es Geogemma barossii, un organismo unicelular que prospera en las fuentes hidrotermales en el fondo marino. Sus células, pequeñas esferas microscópicas, crecen y se replican a 121 grados centígrados (21 grados más que el punto de ebullición del agua)

La vida microbiana puede sobrevivir hasta 122 ° C, el récord alcanzado en una cultura de laboratorio (en comparación, el lugar más cálido de la superficie de la Tierra en un desierto iraní deshabitado, es de aproximadamente 71 ° C, la temperatura de un filete bien hecho) )

La profundidad récord a la que se ha encontrado vida en el subsuelo continental es de aproximadamente 5 km; el récord en aguas marinas es de 10,5 km desde la superficie del océano, una profundidad de presión extrema; a 4000 metros de profundidad, por ejemplo, la presión es aproximadamente 400 veces mayor que a nivel del mar

Los científicos tienen una mejor comprensión del impacto en la vida en las ubicaciones subsuperficiales manipuladas por los humanos (por ejemplo, lutitas fracturadas, captura y almacenamiento de carbono)

La precisión cada vez mayor y el costo decreciente de la secuenciación de ADN, junto con los avances en las tecnologías de perforación en aguas profundas (pionero en el buque científico japonés Chikyu, diseñado para perforar en el fondo en algunas de las regiones más sísmicamente activas del planeta) lo lograron Es posible que los investigadores vean por primera vez la composición de la biosfera profunda.

Existen esfuerzos comparables para perforar cada vez más profundamente en ambientes continentales, utilizando dispositivos de muestreo que mantienen la presión para preservar la vida microbiana (ninguno de los cuales se cree que represente una amenaza o beneficio para la salud humana).

Para estimar la masa total de la vida profunda subcontinental de la Tierra, por ejemplo, el equipo compiló datos sobre la concentración de células y la diversidad microbiana de lugares de todo el mundo.

Dirigidos por Cara Magnabosco del Centro de Biología Computacional del Instituto Flatiron, Nueva York, los científicos analizaron una serie de consideraciones, que incluyen el flujo de calor global, la temperatura de la superficie, la profundidad y la litología (las características físicas de las rocas en cada ubicación) para estimar que subsuelo continental alberga 2 a 6 × 1029 celdas.

Combinado con las estimaciones de la vida del subsuelo debajo de los océanos, la biomasa global total de la Tierra profunda es de aproximadamente 15 a 23 petagramos (15 a 23 mil millones de toneladas) de carbono.

Dice Mitch Sogin, del Laboratorio de Biología Marina, Woods Hole, EE. UU., Copresidente de la comunidad Deep Life de DCO con más de 300 investigadores en 34 países: "Explorar el subsuelo profundo es similar a explorar la selva amazónica. Hay vida en todas partes, y en todas partes hay una abundancia impresionante de organismos inesperados e inusuales.

"Los estudios moleculares aumentan la probabilidad de que la materia oscura microbiana sea mucho más diversa de lo que sabemos actualmente, y los linajes de ramificación más profundos desafían el concepto de tres dominios introducido por Carl Woese en 1977. Tal vez nos estamos acercando a un nexo donde los primeros los posibles patrones de ramificación podrían ser accesibles a través de una investigación profunda de la vida ".

"Hace diez años, sabíamos mucho menos sobre las fisiologías de las bacterias y microbios que dominan la biosfera del subsuelo", dice Karen Lloyd, de la Universidad de Tennessee en Knoxville, EE. UU. “Hoy, sabemos que, en muchos lugares, invierten la mayor parte de su energía simplemente en mantener su existencia y poco en crecer, lo cual es una forma fascinante de vivir.

“Hoy también, sabemos que la vida subsuperficial es común. Diez años atrás, solo habíamos probado algunos sitios, el tipo de lugares en los que esperaríamos encontrar vida. Ahora, gracias al muestreo ultra profundo, sabemos que podemos encontrarlos en casi todas partes, aunque el muestreo obviamente ha alcanzado solo una parte infinitesimalmente pequeña de la biosfera profunda ".

"Nuestros estudios de microbios de biosfera profundos han producido mucho conocimiento nuevo, pero también una realización y una apreciación mucho mayor de lo mucho que todavía tenemos que aprender sobre la vida del subsuelo", dice Rick Colwell, Universidad Estatal de Oregón, EE. UU. “Por ejemplo, los científicos aún no conocen todas las formas en que la vida profunda del subsuelo afecta la vida de la superficie y viceversa. Y, por ahora, solo podemos maravillarnos de la naturaleza de los metabolismos que permiten que la vida sobreviva en las condiciones extremadamente empobrecidas y prohibitivas para la vida en la Tierra profunda ".

Entre los muchos enigmas restantes de la vida profunda en la Tierra:

Movimiento: ¿Cómo se extiende la vida profunda, lateralmente a través de grietas en las rocas? ¿Arriba abajo? ¿Cómo puede la vida profunda ser tan similar en Sudáfrica y Seattle, Washington? ¿Tenían orígenes similares y estaban separados por placas tectónicas, por ejemplo? ¿O se mueven las comunidades mismas? ¿Qué papel juegan los grandes eventos geológicos (como la tectónica de placas, los terremotos, la creación de grandes provincias ígneas, los bombardeos de meteoritos) en los movimientos de la vida profunda?

Orígenes: ¿Comenzó la vida en lo profundo de la Tierra (ya sea dentro de la corteza, cerca de respiraderos hidrotermales o en zonas de subducción) y luego emigró hacia el sol? O

 Referencia:

 https://deepcarbon.net/life-deep-earth-totals-15-23-billion-tonnes-carbon
The deep-sea mistery is changing our understanding of life; Karen Lloyd
https://www.youtube.com/watch?v=PbgB2TaYhio

Los humanos tenemos un prejuicio de seres que viven en la superficie de un planeta y creemos (mal) que es la única opción de la vida

"Los seres humanos somos animales de superficie y tenemos un prejuicio de seres «superficiales», nos imaginamos que toda la vida debe ser superficial, cuando en realidad la mayor parte de la vida es subterránea."  (Thomas Gold)

Los ecosistemas hidrotermales submarinos están constituidos por complejos sistemas biológicos cuyo funcionamiento es poco conocido.

Muchos de estos ecosistemas se sitúan a gran profundidad, generalmente entre 1,000 y 4,000 metros, asentados a lo largo de las dorsales y en otras zonas volcánicas submarinas.

Son zonas de emergencia de fluidos ricos en hidrocarburos, gases y sales de azufre y otras sustancias minerales.

A pesar de la aparente hostilidad de las condiciones de temperatura, presión y composición química del agua, estos ecosistemas poseen una rica biodiversidad.

Las especies presentes incluyen grandes mejillones y almejas de 30 centímetros de longitud, enormes gusanos tubulares con largos pedúnculos (superando los dos metros de largo), corpulentos cangrejos y otros invertebrados. Todo el ecosistema reposa en una flora bacteriana muy rica que aprovecha la energía química y térmica de las emanaciones para desarrollar su metabolismo y que, a menudo, vive en relación simbiótica con los organismos pluricelulares locales.

Las fuentes de energía en dichos ambientes son sobre todo de tipo químico basadas en la oxidación e hidratación de hidrocarburos (en particular del metano, generando hidratos de metano) y sulfuro de hidrógeno. En algunos casos las emanaciones son calientes, pero también existen sitios donde hay manantiales fríos de petróleo, gases hidrocarbonosos y de azufre.

Muchas de estas bacterias pertenecen al gran grupo de las arqueobacterias (archaea), incluyendo las denominadas genéricamente «hipertermófilas». Las hipertermófilas pueden vivir en temperaturas muy elevadas de 45o. centígrados o más. Algunas

incluso se desarrollan mejor con temperaturas por encima de los 80º centígrados.

Señala T. Gold que sus membranas cerosas permiten los intercambios a temperaturas elevadas (a temperaturas más frías se endurecen y no funcionan apropiadamente).

Este autor hace notar que la temperatura de ebullición del agua, que en la superficie es de 100º grados centígrados sube a 300º a tan sólo 876 metros de profundidad en el mar. El punto crítico en donde la fase vapor y agua-líquida aparecen indiferenciadas se encuentra a 2,250 metros de profundidad.

En muchas comunidades hidrotermales submarinas el agua es un fluido «supercrítico» y por lo tanto no hay problemas de ebullición del agua que podría afectar los procesos vitales, como ocurre en la superficie.

Por esa razón, sostiene Gold, es posible imaginar que en los poros de las rocas, a gran profundidad, tal vez hasta 6 o 10 km. exista una abundante población de hipertermófilas que utilicen la energía química disponible, en particular, la que se puede extraer

de la oxidación del metano y otros hidrocarburos.

El metano es un combustible biológico particularmente deseable en profundidad porque su densidad aumenta considerablemente.

A 6 kilómetros de profundidad el metano es 400 veces más denso que en la superficie. Con esa densidad las chances de que las moléculas de metano atraviesen las membranas de las «arqueas» son muchísimo mayores.

En la superficie los metanótrofos (consumidores de metano) son grupos poco comunes, sin embargo, en profundidad probablemente sean la base misma del sistema subterráneo.

Este sistema biotérmico profundo es lo que Gold llama «la biosfera profunda y caliente» (the deep hot biosphere).

En muchas perforaciones se han detectado comunidades hipertermófilicas a gran profundidad. El autor mencionado proporciona dos ejemplos: un pozo petrolero de Alaska donde se pudo registrar  «biología activa» a una profundidad de 4,200 metros y una temperatura de 110 º centígrados y un pozo de 5,200 metros en Suecia donde se comprobó la presencia de microorganismos anaeróbicos con temperaturas de 60 º a 70 º.

En las fuentes hidrotermales continentales (no-oceánicas, a menudo sub-aéreas) existen otros ecosistemas que también dependen de la energía química.

El ejemplo de los manantiales hidrotérmicos de Yellowstone en los Estados Unidos es conocido. Las comunidades termofílicas de estos lagos termales fueron estudiadas detalladamente desde la década de 1960. Una de las bacterias hipertérmicas identificadas y descriptas en Yellowstone en esa época, la Thermus aquaticus, permitió las primeras réplicas rápidas de ADN que posibilitaron el desarrollo de la industria biológica molecular de fines del siglo XX y principios del siglo XXI.

Las bacterias que habitan dichos manantiales calientes utilizan los minerales en estado químico reducido y agentes oxidantes para desarrollar su metabolismo. En los lagos termales también habitan otros organismos que, en la mayor parte de los casos, también son dependientes directa o indirectamente de las termo-bacterias antes mencionadas.

En una primera instancia, estos ambientes hidrotermales submarinos y continentales aparecen como ambientes extremos y anómalos.

En la opinión de Gold estos ecosistemas son la mera expresión superficial de una enorme biosfera profunda.

No serían rarezas de la biología, sino por el contrario la modalidad más común de la vida en la Tierra (y en otros planetas también).

Sostiene este autor, con fuertes argumentos, que en la inmensa mayoría de los casos la vida se basa en la energía química, y que la verdadera «rareza» biológica es la vida de base fotosintética.

Los seres humanos somos animales de superficie y tenemos un prejuicio de seres «superficiales», nos imaginamos que toda la vida debe ser superficial, cuando en realidad la mayor parte de la vida es subterránea.

La presencia de vida superficial en la Tierra es un fenómeno muy poco común que se dió debido a las particulares características de temperatura, presión y composición gaseosa - líquida de la atmósfera e hidrósfera que tiene este planeta y al influjo de radiaciones luminosas del sol que permiten realizar la función fotosintética para sintetizar los compuestos de carbono que constituyen lo que llamamos materia orgánica.

Comprender este hecho será muy importante cuando llegue el momento de explorar otros cuerpos celestes con el propósito de encontrar otras manifestaciones del fenómeno vital.