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La vita che fiorisce sul fondo degli oceani

09 marzo 2019

Le sorgenti calde sul fondo dell'oceano, ricche di vita

animale, sono state scoperte per la prima volta 40 anni fa.

Da allora, le conoscenze su come fa la vita a prosperare

in condizioni così estreme - e quindi forse anche su altri

pianeti -  si sono moltiplicate, ma c'è ancora molto da

scoprire. E all'orizzonte ci sono progetti di sfruttamento

commerciale delle risorse di quegli ecosistemidi Cindy Lee

Van Dove/Nature

biologiaambienteSono passati quattro decenni da quando

 Corliss e colleghi descrissero su "Science" i fluttuanti ammassi

di vermi tubo giganti, lunghi un metro, scoperti nei pressi delle

sorgenti calde sul fondo dell'oceano.

Fino a quel momento, il fondo oceanico era ritenuto più simile

a un deserto che a un'oasi.

Corliss e colleghi non scoprirono per caso le sorgenti calde

sottomarine; in effetti, stavano cercando verificare l'ipotesi

della loro esistenza.

Le teorie sui movimenti delle placche tettoniche avevano aperto

la strada a quella scoperta suggerendo che le catene di rilievi che

cingono il globo sul fondo dell'oceano, definite come centri di

espansione, fossero siti vulcanici ai margini delle placche tettoniche.

Un indizio cruciale dell'esistenza delle sorgenti termali sottomarine

era il flusso di calore conduttivo inaspettatamente basso nella

crosta oceanica.

Un flusso convettivo di calore attraverso le sorgenti calde poteva

risolvere l'enigma di questo calore mancante.

Le anomalie dell'acqua ad alta temperatura documentate sopra di

un centro di espansione chiamato dorsale delle Galapagos

guidarono Corliss e colleghi al sito in cui scoprirono le sorgenti

termali sottomarine (dette anche camini, o fumarole, idrotermali).

Mappa globale dei camini idrotermali oceanici

(Savant-fou/NOAA/Wikimedia Commons)Trovare queste sorgenti

termali fu già di per sé una scoperta incredibile.

Ma ciò che veramente sconvolse la scienza del mare profondo furono

le inaspettate oasi di vita bagnate da quelle acque tiepide.

Durante l'immersione nel sommergibile Alvin che portò alla scoperta,

il geologo Jack Corliss chiamò l'equipaggio della nave di appoggio

a 2,5 chilometri più in sù e chiese: "L'oceano profondo non

dovrebbe essere come un deserto?" "Sì", fu la risposta.

"Beh, ci sono un sacco di animali quaggiù".

Quel breve scambio segnò quella che fu probabilmente la

più grande scoperta nell'oceanografia biologica fino a ora,

e che fu fatta da un gruppo di geologi e geochimici.

Nel loro articolo, gli autori sottolinearono profeticamente:

"Queste fragili comunità offrono un'opportunità unica per

una vasta gamma di studi zoologici, batteriologici, ecologici

e biochimici". Che cosa è scaturito da quegli studi?

Non ci volle molto prima che i biologi scoprissero quanto

si fossero adattati efficacemente al loro ambiente i vermi tubo giganti.

In quella profonda oscurità, generare energia cellulare con

la fotosintesi non è un'opzione valida.

E poiché il materiale organico prodotto sulla superficie dell'oceano

perde gran parte del suo valore nutrizionale quando raggiunge

il fondo del mare profondo, non fornisce una fonte di energia

adatta a sostenere dense popolazioni di grandi organismi.

Invece, gli abitanti delle sorgenti calde che vivono in acqua

ad alta temperatura arricchita di solfuro di idrogeno e altri

composti inorganici chimicamente ridotti (come il metano)

beneficiano di batteri simbiotici o liberi che generano energia

con la chemiosintesi, cioè l'ossidazione chimica di quei composti

ridotti.

Poco dopo le prime scoperte nel sito delle Galapagos, in un altro

sito oceanico fu scoperto un altro tipo di sorgente termale

chiamato camino nero, che emette fluidi idrotermali ricchi di metalli.

Gli ecosistemi delle sorgenti calde ora sono stati scoperti

nei centri di espansione del fondale marino in tutto il mondo.

Esistono circa mille o più oasi sottomarine, adagiate come

minuscole perle lungo i centri di espansione.

Per quanto numerosi, sono un habitat raro, se si calcola l'area

totale che occupano: tutti insieme, potrebbero stare nell'isola

di Manhattan, e rimarrebbe ancora dello spazio libero.

Sono anche habitat effimeri, che durano per anni o decenni, o

forse secoli, a seconda delle condizioni geologiche.

Questo solleva la questione di come si mantengono le popolazioni

di invertebrati e di quale sia la natura delle barriere biogeografiche

tra popolazioni nelle sorgenti termali.

I cicli vitali di quasi tutti gli invertebrati che vivono nelle sorgenti

termali sottomarine comprendono uno stadio larvale diffuso nella

colonna d'acqua.

L'ecologia larvale, la connettività di popolazione, nonché le

barriere oceanografiche e le rotte di trasporto sono temi chiave

della ricerca attuale.

Nelle sorgenti termali dei diversi centri di espansione si trovano

tipi differenti di specie.

E alcuni centri di espansione nell'emisfero australe e nell'Artide

sono ancora da esplorare, aumentando la possibilità che vi si

trovino tipi di rapporti e di adattamenti tra batteri e invertebrati

prima sconosciuti.

Riftia pachyptila, conosciuto anche come verme tubo gigante

(Credit: NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift

Expedition 2011)Specie sorprendenti e strabilianti adattamenti

biologici continuano a venire alla luce.

I vermi di Pompei (Alvinella pompejana) vivono a temperature

fino a 42 °C. Queste sono tra le temperature più estremesopportate

da qualsiasi animale multicellulare sulla Terra.

I vermi ci sfidano a capire in che modo le proteine nell'organismo

degli animali siano protette dalla fusione.

I microrganismi chiamati Archaea possono vivere a 121 °C: sono

le condizioni di vita più calde conosciute sulla Terra.

I gamberetti "ciechi" (Rimicaris exoculata) mostrano "occhi"

altamente modificati che si ritiene possano rilevare variazioni

di luce fioca emessa dai fluidi a 350 °C dei camini neri, aiutandoli

a evitare di essere "cotti" dal calore. I granchi Yeti (Kiwa tyleri)

hanno artigli e zampe pelosi che consentono loro di "allevare"

i batteri di cui si nutrono. Le lumache della specie Chrysomallon

squamiferum strisciano su "piedi" protetti da scaglie metalliche

di un tipo che non si trova in altri molluschi viventi o fossili e

offrono ispirazione per la progettazione di materiali per le

armature.

L'importanza della chemiosintesi microbica nei pressi delle

sorgenti termali ci spinge anche a ripensare le nostre idee sulle

condizioni estreme a cui può adattarsi la vita, sul'origine della

vita su questo pianeta e anche sul potenziale della vita altrove

nell'universo.

Le missioni della NASA verso Marte degli anni Settanta erano

alla ricerca di prove della presenza di vita basata sull'energia della

luce solare; ora le missioni planetarie prendono in considerazione

anche la possibilità di una vita alimentata dall'energia chimica.

Gli astrobiologi studiano le sorgenti calde sottomarine per gettare

uno sguardo a condizioni che potrebbero essere simili a quelle

della Terra primordiale e considerano le sorgenti calde oceaniche

dei possibili analoghi di ambienti sottomarini alieni su mondi

oceanici al di là del nostro pianeta.

Gli incentivi scientifici dell'esplorazione delle sorgenti termali

vanno di pari passo con gli incentivi ingegneristici a progettare

e costruire veicoli sempre più capaci di raggiungere il fondo

marino in modo preciso e affidabile.

Prima sono arrivati i veicoli comandati a distanza, e seguiti ben

presto da veicoli subacquei autonomi, preprogrammati per

scivolare sul fondo del mare come droni, con un carico di strumenti

che mappano il fondale marino e rilevano le proprietà dell'acqua.

Lo sviluppo di cavi che trasmettono dati video consente di

trasmettere queste immagini in tempo reale in tutto il mondo su

siti Web accessibili gratuitamente (comeNautilusLive e

 Ocean Networks Canada).

Camini idrotermali sul fondo oceanico nella zona delle Isole

Marianne, nell'Oceano Pacifico (Credit: NOAA Expedition &

Research)L'ultima generazione di veicoli per le profondità marine

in fase di sviluppo sta sta trasformando l'uso per la scoperta e la

ricerca scientifica in un ruolo commerciale.

Sono stati progettati, costruiti e testati mole, frese e campionatori

di dimensioni gigantesche per l'estrazione di depositi di solfuro

sul fondo marino prodotti dall'attività idrotermale.

Una società canadese si è assicurata le concessioni per effettuare

estrazioni di di rame, oro e argento nelle sorgenti calde del Mare di

Bismarck, anche se finora non ci sono attività di estrazione

commerciale di giacimenti di solfuro dai depositi marini.

Molte nazioni hanno messo sotto protezione gli ecosistemi delle

sorgenti calde nei loro territori, ma il destino degli ecosistemi che

si trovano in aree al di fuori dei confini nazionali è nelle mani

dell'International Seabed Authority, che attualmente sta rivedendo

il proprio codice minerario.

L'attenzione potrebbe spostarsi dall'estrazione presso le sorgenti

termali attive, che rischia di distruggere le specie associate, allo

sfruttamento dei solfuri in luoghi senza segni visibili di flusso

di fluido idrotermale o organismi dipendenti dai camini, ma

questa conclusione non è ancora garantita.

Le azioni che saranno intraprese nel prossimo futuro

determineranno se la frontiera della scoperta a sorgenti termali

aperta da Corliss e colleghi 40 anni fa passerà dall'esplorazione

allo sfruttamento.

(L'originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature

il 4 marzo 2019. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze.

Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)