La tettonica a placche nutre un enorme ecosistema sotterraneo

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Le violente collisioni continentali e le eruzioni vulcaniche non sono processi che associamo a condizioni di vita favorevoli per gli organismi. Tuttavia, lo studio, pubblicato questa settimana su Nature Geoscience, mostra la scoperta di un gigantesco ecosistema microbico che vive a migliaia di metri di profondità tra la crosta continentale e il mantello e schiacciato tra le masse dei continenti. L'ecosistema è in totale oscurità, alimentato dalle sostanze chimiche prodotte da questi cataclismi tettonici. Lo studio, fatto in Costa Rica è stato condotto da un team internazionale di scienziati guidato da Donato Giovannelli, microbiologo dell'Università degli Studi di Napoli Federico II e Karen Lloyd della Università del Tennessee Knoxville (USA).

L'ecosistema appena scoperto è lontano dalla vista dell'essere umano e dal sole. "In termini di estensione l'ecosistema scoperto è vasto quanto l'intera Costa Rica e profondo come un oceano. Mentre in termini di specie probabilmente è più diversificato della foresta amazzonica, e probabilmente più di tutte le foreste del pianeta messe insieme", dice Giovannelli.

Lo studio rafforza il legame tra geologia e biologia, in particolare per la comprensione di come il carbonio sia cambiato durante l'evoluzione del nostro pianeta. "Conosciamo già molti modi in cui la biologia ha influenzato l'abitabilità della Terra, portando all'aumento dell'ossigeno atmosferico per esempio", dice Donato Giovannelli, ricercatore all'Università degli Studi di Napoli Federico II, "il nostro lavoro sta svelando un altro modo entusiasmante in cui la vita e il nostro pianeta sono coevoluti".

Quando le placche oceaniche e continentali si scontrano ha origine il fenomeno della subduzione: la placca oceanica viene spinta spinta verso il basso e sprofonda nel mantello terrestre generando, tra l'altro, una serie di vulcani sulla placca sovrastante (è ciò che accade per esempio in Giappone). Questo meccanismo, alla base del funzionamento della tettonica a placche è il processo principale mediante il quale gli elementi chimici, tra cui il carbonio, vengono riciclati tra la superficie terrestre e l'interno del pianeta.

Conoscere e quantificare gli elementi trasportati dalla superficie al mantello attraverso la subduzione (come carbonio, zolfo e ferro) e l'efficienza del loro riciclo tramite l'attività vulcanica è fondamentale per capire come funziona il nostro pianeta, e per lo studio della stabilità del clima nel lungo periodo.

Fino a poco tempo fa, viste le elevate pressioni e temperature presenti a grande profondità nelle zone di subduzione la maggior parte degli studi hanno ignorato completamente un eventuale contributo della vita. Oggi però, e grazie a ricerche innovative come questa, tutto ciò sta cambiando. Sebbene la vita non esista nelle condizioni estreme in cui il mantello terrestre si mescola con la crosta per formare il magma che da origine ai vulcani, negli ultimi decenni gli scienziati hanno scoperto un autentico mondo sotterraneo in cui i microorganismi si estendono fino a ben 5000 metri di profondità, molto più di quanto si pensasse in precedenza.

Questo ecosistema microbico sotterraneo si nutre delle sostanze chimiche come carbonio, zolfo e ferro prodotte durante la subduzione. E quindi l'ecosistema appena scoperto sequestra una grande quantità di carbonio prodotto durante la subduzione che altrimenti sarebbe sfuggito all'atmosfera.

"Il nostro lavoro indica che il carbonio rilasciato dalla placca oceanica durante la subduzione può essere utilizzato per alimentare un immenso ecosistema che esiste senza bisogno dell'energia del sole. Questo significa anche che la biologia potrebbe influenzare i flussi di carbonio da e verso il mantello terrestre, il che ci costringe a cambiare il modo in cui pensiamo al ciclo del carbonio su scale temporali geologiche", spiega Peter Barry, ricercatore presso la Woods Hole Oceanographic Institution e coautore dello studio.

Il team ha inoltre scoperto che il motivo per cui questi microbi, chiamati chemolitoautotrofi, sequestrano così tanto carbonio a causa della loro dieta unica, fatto che gli consente di produrre biomassa in assenza di luce solare.

"I chemolitoautotrofi usano l'energia chimica per costruire i loro corpi a partire dall'anidride carbonica. Sono come le piante, ma invece di usare la luce solare, usano l'energia presente in sostanze chimiche ridotte di origine vulcanica", dice Karen Lloyd. "I microrganismi utilizzano sostanze chimiche che si rigenerano durante i processi di subduzione per formare la base di questo ecosistema. È come una vasta foresta, ma sotterranea".

Lo studio, finanziato dal Deep Carbon Observatory e dalla Alfred P. Sloan Foundation, ha campionato le comunità microbiche sotterranee portate in superficie da sorgenti termali naturali presenti nell'intero territorio della Costa Rica. I campioni ottenuti sono stati analizzati con tecniche di microbiologia, sequenziamento del DNA, geochimica e mineralogia, combinando un gran numero di dati e discipline per ottenere informazioni sul funzionamento di questo enigmatico nuovo ecosistema.

Donato Giovannelli l'anno scorso ha vinto un prestigioso ERC Starting Grant per studiare la co-evoluzione della vita con il nostro pianeta. Lo studio rientra all'interno del suo nuovo progetto finanziato dall'Europa con 2,1 milioni di euro, chiamato CoEvolve, all'interno del quale il team di. Giovannelli raccoglierà nuovi dati da altre zone di subduzione del pianeta.

"Questo articolo, le collaborazioni con importanti centri internazionali e il mio ERC confermano che Napoli é uno dei centri di eccellenza per la ricerca sugli ambienti estremi" commenta Giovannelli, "tanto che la nascita della prima laurea magistrale in Europa in Biologia degli Ambienti Estremi a Napoli ne é un'ulteriore conferma (www.bioextreme.it)". Il nuovo corso di laurea, in attesa dell'approvazione definitiva da parte del ministero, sarà interamente in inglese e dovrebbe aprire le porte il prossimo settembre sperando in una didattica tornata nel frattempo in presenza.

 

Effect of tectonic processes on biosphere–geosphere feedbacks across a convergent margin

Nature Geoscience: https://doi.org/10.1038/s41561-021-00725-0

Authors: Katherine M. Fullerton, Matthew O. Schrenk, Mustafa Yücel, Elena Manini, Daniele Fattorini, Marta di Carlo, Francesco Regoli, Mayuko Nakagawa, Francesco Smedile, Costantino Vetriani, Heather Miller, Shaunna M. Morrison, Maria Martínez, J. Maarten de Moor, Peter H. Barry, Donato Giovannelli, and Karen G. Lloyd

Ufficio stampa
Maria Esposito
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Contatto Dr. Donato Giovannelli
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+39 329 094 3336
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