Biodiversità e versatilità metabolica microbica nei sedimenti marini idrotermali del Messico

Nel Bacino di Guaymas la più ampia analisi genomica di sedimenti idrotermali marini per indagare sull’interazione tra composizione di comunità e diversità funzionale microbica. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, è stato coordinato dal dottor Brett Baker dell’Università del Texas

I sedimenti marini ospitano comunità di microbi abbondanti e filogeneticamente differenti. Un’alta diversità che è stata suggerita proprio come strategia microbica per la sopravvivenza in condizioni ambientali fluttuanti in natura. Queste le premesse che hanno spinto i ricercatori ad approfondire le conoscenze sui microrganismi in ambienti idrotermali profondi.

Il bacino di Guaymas

Il Guaymas Basin è una depressione sottomarina situata nella regione centrale del Golfo di California, nell’Oceano Pacifico. Si tratta del bacino più largo tra quelli presenti nel golfo ed è il risultato dell’attività di uno dei molti centri di espansione del fondale presenti nell’area.

Il flusso di calore nel fondale della depressione, ricco di sorgenti idrotermali e infiltrazioni, risulta abbastanza elevato. I rapidi tassi di sedimentazione e il posizionamento di strati di basalto caldi in sedimenti marini ricchi di materie organiche trasformano la sostanza organica sepolta in anidride carbonica, idrogeno, acidi organici a basso molecolare, ammoniaca, metano, etano e benzene. Questi composti migrano verso la superficie del sedimento dove alimentano comunità microbiche che degradano gli idrocarburi.

Quali microrganismi popolano le profondità idrotermali?

I sedimenti del bacino di Guaymas sono abitati da diverse comunità di microbi con ruoli distinti nel ciclo del carbonio. I consorzi microbici eseguono l’ossidazione anaerobica di metano nell’ambito di un’interazione sintrofica (da sintrofia, cioè nutrirsi insieme e contemporaneamente) composta da Archaea anaerobi metano-ossidanti e batteri solfato riduttori, tipicamente Deltaproteobacteria.

Fra i microrganismi che degradano gli idrocarburi, spiegano gli studiosi, è stato registrato Candidatus syntrophoarchaeum, che ossida il butano in rapporto sintrofico con Desulfofervidus auxilii.

Tuttavia, le conoscenze per rispondere approfonditamente alla domanda sono ancora scarse. “Le capacità funzionali delle comunità che popolano questo habitat dinamico affermano gli autori del progetto sono in gran parte sconosciute”.

Esplorando gli abissi

Gli scienziati hanno raccolto i campioni di sedimenti marini dal Golfo di California (Figura 1) ad una profondità di circa 2000 metri sotto la superficie dell’acqua. Le carote di sedimento sono state prelevate durante quattro immersioni del sottomarino Alvin, lo stesso utilizzato anche per esplorare il relitto del Titanic.

Messico, uno studio documenta biodiversità e versatilità metabolica dei microbi nei sedimenti marini idrotermali. Panoramica dei siti di campionamento.

Figura 1: Panoramica dei siti di campionamento (Nature Communication, 2019).

Biodiversità sconosciuta

“Il bacino di Guaymas — scrivono i ricercatori è un hotspot di biodiversità microbica e un sito di studio ideale per indagare la diversità funzionale dei sedimenti del fondale marino influenzati idrotermalmente. Questi sedimenti idrotermali contengono un gran numero di ceppi batterici e di Archaea, tra i quali diversi mai descritti in altri habitat”.

Il team ha ricostruito 551 genomi, appartenenti a 56 phyla, che comprendono 22 nuovi ceppi, inclusi 5 nuovi phyla candidati.

Le comunità associate all’idrotermia sono apparse molto diversificate con gli Archaeobacteria che dominano sui batteri. Le deduzioni metaboliche basate sul genoma, inoltre, hanno permesso agli scienziati di ottenere le prime intuizioni sulle nicchie ecologiche di questi microrganismi.

Una comunità microbica distintiva

Secondo quanto appreso dagli studiosi, un tratto funzionale dei ceppi microbici presenti nei sedimenti idrotermali sembra essere la presenza abbondante di geni coinvolti in processi relativi al ciclo del carbonio e alla fermentazione. Fra le caratteristiche da mettere in luce, inoltre, spicca la plasticità microbica metabolica in risposta ai cambiamenti delle condizioni ambientali. Baker e colleghi hanno trovato indicazioni di tale malleabilità in diversi genomi batterici, specialmente all’interno di Delta- e Gammaproteobacteria.

Un aiuto per ridurre le emissioni di gas a effetto serra?

Le comunità microbiche analizzate sono caratterizzate da una complessità funzionale peculiare che riflette le relazioni intricate e dinamiche di questo habitat. Come spiega lo stesso coordinatore della ricerca, i microrganismi presenti prosperano sugli idrocarburi e sullo zolfo e sono in grado di “nutrirsi” di pericolosi gas serra, evitando che siano liberati in atmosfera.

Angela Chimienti

Fonte:
  • Nina Dombrowski, Andreas P. Teske & Brett J. Baker, Expansive microbial metabolic versatility and biodiversity in dynamic Guaymas Basin hydrothermal sediments, Nature Communications (2018) 9:4999 | DOI: 10.1038/s41467-018-07418-0 | [Open Access] Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Crediti immagini:
  • Immagine in evidenza: Foto di Free-Photos da Pixabay
  • Figura 1  Nina Dombrowski, Andreas P. Teske & Brett J. Baker, Expansive microbial metabolic versatility and biodiversity in dynamic Guaymas Basin hydrothermal sediments, Nature Communications (2018) 9:4999 | DOI: 10.1038/s41467-018-07418-0 | [Open Access] Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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