situato a più di 8.800 piedi (2.700 metri) sotto la superficie del mareal confine sottomarino delle placche tettoniche Pacifico e Gorda. Foto di Ocean Exploration Trust
Nuove possibilità per la vita sul fondo dell'oceano terrestre - E forse negli oceani di altri pianeti
di Karin Valentine dal sito web dell'Arizona State University Una struttura a camino dal campo idrotermale di Sea Cliff
Nello
strano e oscuro mondo dei fondali oceanici, fessure sottomarine,
chiamate bocche idrotermali, ospitano complesse comunità di vita.
Queste prese d'aria eruttano fluidi bollenti in acqua di mare estremamente fredda, creando le forze chimiche necessarie per la vita dei piccoli organismi che abitano questo ambiente estremo.
In uno studio appena pubblicato, i biogeoscienziati Jeffrey Dick ed Everett Shock hanno determinato che specifici ambienti idrotermali del fondo marino forniscono un habitat unico in cui determinati organismi possono prosperare.
In tal modo, hanno aperto nuove possibilità per la vita nell'oscurità sul fondo degli oceani sulla Terra, così come in tutto il sistema solare.
I loro risultati sono stati pubblicati nel Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. A terra, quando gli organismi ottengono energia dal cibo che mangiano, lo fanno attraverso un processo chiamato respirazione cellulare, dove c'è un apporto di ossigeno e il rilascio di anidride carbonica.
Ma per gli organismi che vivono sul fondo del mare, le condizioni di vita sono drammaticamente diverse.
"Sulla terra, nell'atmosfera ricca di ossigeno della Terra, è familiare a molte persone che creare le molecole della vita richiede energia", ha affermato il coautore Shock della School of Earth and Space Exploration e della School of Molecular Sciences dell'Arizona State University.Negli ecosistemi microbici di acque profonde, gli organismi prosperano vicino a prese d'aria dove il fluido idrotermale si mescola con l'acqua di mare ambientale."In sorprendente contrasto, intorno alle bocche idrotermali sul fondo del mare, i fluidi caldi si mescolano con l'acqua di mare estremamente fredda per produrre condizioni in cui le molecole della vita rilasciano energia".
Precedenti ricerche condotte da Shock hanno scoperto che la biosintesi di elementi costitutivi cellulari di base, come amminoacidi e zuccheri, è particolarmente favorevole nelle aree in cui le bocche sono composte da roccia ultramafica (rocce ignee e meta-ignee a bassissimo contenuto di silice), perché queste le rocce producono più idrogeno.
Oltre
agli elementi costitutivi di base come gli amminoacidi e gli zuccheri,
le cellule devono formare molecole più grandi, o polimeri, noti anche
come biomacromolecole.
Le proteine sono le più abbondanti di queste molecole nelle cellule e la reazione di polimerizzazione (dove piccole molecole si combinano per produrre una biomolecola più grande) richiede energia in quasi tutti gli ambienti immaginabili.
"In altre parole, dove c'è vita, c'è acqua, ma l'acqua deve essere espulsa dal sistema affinché la polimerizzazione diventi favorevole", ha detto l'autore principale Dick, che era uno studioso post-dottorato all'ASU quando è iniziata questa ricerca e che è attualmente ricercatore di geochimica presso la School of Geosciences and Info-Physics presso la Central South University di Changsha, in Cina.Quello che Dick e Shock volevano sapere è cosa succede quando li sommi: ottieni proteine la cui sintesi complessiva è effettivamente favorevole nella zona di miscelazione?"Quindi, ci sono due flussi di energia opposti: rilascio di energia mediante biosintesi di elementi costitutivi di base e l'energia necessaria per la polimerizzazione".
Hanno affrontato questo problema utilizzando una combinazione unica di teoria e dati.
Dal
punto di vista teorico, hanno utilizzato un modello termodinamico per
le proteine, chiamato "additività di gruppo", che tiene conto degli
amminoacidi specifici nelle sequenze proteiche e delle energie di
polimerizzazione.
Per i dati, hanno usato tutte le sequenze proteiche in un intero genoma di un organismo ben studiato chiamato Methanocaldococcus jannaschii . Eseguendo i calcoli, sono stati in grado di dimostrare che la sintesi complessiva di quasi tutte le proteine nel genoma rilascia energia nella zona di miscelazione di un condotto ultramafico alla temperatura in cui questo organismo cresce più velocemente, a circa 185º Fahrenheit (85º Centigrado).
Al contrario, in un diverso sistema di sfiato che produce meno idrogeno (un sistema ospitato da basalto), la sintesi delle proteine non è favorevole.
"Questa scoperta fornisce una nuova prospettiva non solo sulla biochimica ma anche sull'ecologia perché suggerisce che alcuni gruppi di organismi sono intrinsecamente più favoriti in specifici ambienti idrotermali", ha detto Dick.Per i prossimi passi, Dick e Shock stanno cercando modi per utilizzare questi calcoli energetici attraverso l'albero della vita, che sperano forniscano un legame più solido tra la geochimica e l'evoluzione del genoma."Gli studi di ecologia microbica hanno scoperto che i metanogeni, di cui Methanocaldococcus jannaschii è un rappresentante, sono più abbondanti nei sistemi di ventilazione ospitati da ultramafici che nei sistemi ospitati da basalto.
L'energia favorevole della sintesi proteica nei sistemi ospitati da ultramafici è coerente con quella distribuzione".
"Mentre esploriamo, ci viene ricordato più e più volte che non dovremmo mai considerare il luogo in cui viviamo ciò che è abitabile per la vita", ha detto Shock.Riferimento
Pubblicato su: https://www.bibliotecapleyades.net/ciencia3/ciencia_earthchanges236.htm
- "Il rilascio di energia durante la sintesi proteica negli ecosistemi idrotermali sottomarini ospitati da Ultramafic" di Jeffrey M. Dick, Everett L. Shock, 30 ottobre 2021, Journal of Geophysical Research: Biogeoscience.
DOI: 10.1029/2021JG006436
