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O ELO - ECOFILIA - O ELO AFETIVO ENTRE OS HOMENS, OS SERES VIVOS E O MEIO AMBIENTE.
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Os colaboradores do Observatório de Carbono Profundo, explorando as "Galápagos das profundezas", aumentam o que é conhecido, desconhecido e incognoscível sobre o ecossistema mais puro da Terra
Bactérias, archaea e outros micróbios - alguns deles zumbis - existem até mesmo na subsuperfície conhecida mais profunda, e são mais estranhos do que suas contrapartes de superfície.
~ 70% das bactérias e archaea da Terra vivem no subsolo
A vida profunda da Terra sugere que micróbios podem habitar o subsolo de outros planetas
Bactérias “zumbis” e outras formas de vida constituem uma imensa quantidade de carbono nas profundezas da Terra - 245 a 385 vezes maior do que a massa de carbono de todos os seres humanos na superfície, de acordo com cientistas próximos ao fim de uma competição internacional de 10 anos. colaboração para revelar os segredos mais profundos da Terra.
Às vésperas do encontro anual da União Geofísica Americana, cientistas do Observatório Deep Carbon divulgaram hoje várias descobertas transformacionais, incluindo quanto e quais tipos de vida existem em subsuperfícies profundas sob os maiores extremos de pressão, temperatura e baixa energia e nutrientes. disponibilidade.
Perfurando 2,5 km no fundo do mar e amostrando micróbios de minas continentais e furos de mais de 5 km de profundidade, a equipe usou os resultados para construir modelos do ecossistema nas profundezas do planeta.
Com insights a partir de agora centenas de locais sob os continentes e mares, eles se aproximaram do tamanho da biosfera profunda - 2 a 2,3 bilhões de quilômetros cúbicos (quase o dobro do volume de todos os oceanos) - bem como a massa de carbono da vida profunda: 15 para 23 [1] mil milhões de toneladas (uma média de pelo menos 7,5 toneladas de carbono por quilómetro de subsuperfície).
O trabalho também ajuda a determinar tipos de ambientes extraterrestres que poderiam suportar a vida.
Entre muitas descobertas e insights importantes:
- A biosfera profunda constitui um mundo que pode ser visto como uma espécie de “galápagos subterrâneos” e inclui membros de todos os três domínios da vida: bactérias e archaea (micróbios sem núcleo ligado à membrana) e eucarya (micróbios ou organismos multicelulares com células). que contêm um núcleo, bem como organelas ligadas à membrana)
- Dois tipos de micróbios - bactérias e archaea - dominam a Terra Profunda. Entre eles estão milhões de tipos distintos, a maioria ainda por descobrir ou caracterizar. Essa assim chamada “matéria escura” microbiana expande dramaticamente nossa perspectiva sobre a árvore da vida. Cientistas da Deep Life dizem que cerca de 70% das bactérias e archaea da Terra vivem em subsuperfície
- Micróbios profundos são frequentemente muito diferentes de seus primos de superfície, com ciclos de vida em escalas de tempo quase geológicas, jantando em alguns casos com nada mais do que energia de rochas
- A diversidade genética da vida abaixo da superfície é comparável ou supera a acima da superfície
- Enquanto as comunidades microbianas subsuperficiais diferem grandemente entre os ambientes, certos gêneros e grupos taxonômicos superiores são onipresentes - eles aparecem em todo o planeta
- A riqueza da comunidade microbiana está relacionada à idade dos sedimentos marinhos, onde as células são encontradas - sugerindo que nos sedimentos mais antigos, a energia dos alimentos diminuiu com o tempo, reduzindo a comunidade microbiana.
- Os limites absolutos da vida na Terra em termos de temperatura, pressão e disponibilidade de energia ainda não foram encontrados. Os registros são continuamente quebrados. Um pioneiro para o organismo mais quente da Terra no mundo natural é o Geogemma barossii , um organismo unicelular que se desenvolve em fontes hidrotermais no fundo do mar. Suas células, minúsculas esferas microscópicas, crescem e se replicam a 121 graus Celsius (21 graus mais quentes do que o ponto de ebulição da água).
- A vida microbiana pode sobreviver até 122 ° C, o recorde alcançado em uma cultura de laboratório (em comparação, o recorde mais quente na superfície da Terra, em um deserto iraniano desabitado, é de cerca de 71 ° C - a temperatura do bife bem feito )
- A profundidade recorde em que a vida foi encontrada no subsolo continental é de aproximadamente 5 km; o recorde em águas marinhas é de 10,5 km da superfície do oceano, uma profundidade de extrema pressão; a uma profundidade de 4000 metros, por exemplo, a pressão é aproximadamente 400 vezes maior do que no nível do mar
- Os cientistas têm uma melhor compreensão do impacto sobre a vida em locais subsuperficiais manipulados por seres humanos (por exemplo, folhelhos fraturados, captura e armazenamento de carbono)
Precisão cada vez maior e o custo decrescente do sequenciamento de DNA, juntamente com avanços nas tecnologias de perfuração em águas profundas (pioneiro na embarcação científica japonesa Chikyu , projetada para perfurar muito abaixo do leito marinho em algumas das regiões mais sismicamente ativas do planeta) É possível que os pesquisadores dêem o primeiro olhar detalhado sobre a composição da biosfera profunda.
Existem esforços comparáveis para perfurar cada vez mais profundamente sob os ambientes continentais, usando dispositivos de amostragem que mantêm a pressão para preservar a vida microbiana (nenhum deles supostamente representa ameaça ou benefício à saúde humana).
Para estimar a massa total da vida profunda subcontinental da Terra, por exemplo, a equipe compilou dados sobre a concentração de células e a diversidade microbiana de locais em todo o mundo.
Liderados por Cara Magnabosco, do Centro de Biologia Computacional do Instituto Flatiron, em Nova York, os cientistas consideraram um conjunto de considerações, incluindo o fluxo de calor global, temperatura da superfície, profundidade e litologia - as características físicas das rochas em cada localidade - para estimar que a subsuperfície continental hospeda 2 a 6 × 10 29 células.
Combinado com estimativas da vida subsuperficial sob os oceanos, a biomassa global total da Terra Profunda é de aproximadamente 15 a 23 petagramas (15 a 23 bilhões de toneladas) de carbono.
Mitch Sogin, do Laboratório Biológico Marinho Woods Hole, EUA, copresidente da comunidade Deep Life da DCO, com mais de 300 pesquisadores em 34 países: “Explorar o subsolo profundo é como explorar a floresta amazônica. Há vida em toda parte, e em todos os lugares há uma imensa abundância de organismos inesperados e incomuns.
“Estudos moleculares aumentam a probabilidade de que a matéria escura microbiana seja muito mais diversa do que conhecemos atualmente, e as mais profundas linhagens ramificadas desafiam o conceito de três domínios introduzido por Carl Woese em 1977. Talvez estejamos nos aproximando de um nexo onde os primeiros possíveis padrões de ramificação podem ser acessados por meio da investigação em profundidade. ”
"Há dez anos, sabíamos muito menos sobre as fisiologias das bactérias e micróbios que dominam a biosfera abaixo da superfície", diz Karen Lloyd, da Universidade do Tennessee, em Knoxville, EUA. “Hoje, sabemos que, em muitos lugares, eles investem a maior parte de sua energia simplesmente para manter sua existência e pouco para o crescimento, o que é uma maneira fascinante de viver.
“Hoje também sabemos que a vida na subsuperfície é comum. Dez anos atrás, nós tínhamos amostrado apenas alguns locais - os tipos de lugares que esperávamos encontrar a vida. Agora, graças à amostragem ultra profunda, sabemos que podemos encontrá-los em praticamente todos os lugares, embora a amostragem tenha obviamente alcançado apenas uma parte minimamente infinita da biosfera profunda ”.
"Nossos estudos de micróbios da biosfera profunda produziram muito conhecimento novo, mas também uma percepção e uma apreciação muito maior de quanto ainda precisamos aprender sobre a vida no subsolo", diz Rick Colwell, da Oregon State University, EUA. “Por exemplo, os cientistas ainda não conhecem todas as formas em que a vida subterrânea profunda afeta a vida da superfície e vice-versa. E, por enquanto, só podemos nos maravilhar com a natureza dos metabolismos que permitem que a vida sobreviva sob as condições extremamente empobrecidas e proibitivas da vida na Terra profunda ”.
Entre os muitos enigmas remanescentes da vida profunda na Terra:
Movimento : Como a vida profunda se espalha - lateralmente através de rachaduras nas rochas? Cima baixo? Como pode a vida profunda ser tão semelhante na África do Sul e em Seattle, Washington? Eles tiveram origens semelhantes e foram separados por placas tectônicas, por exemplo? Ou as próprias comunidades se mudam? Que papéis os grandes eventos geológicos (como placas tectônicas, terremotos, criação de grandes províncias ígneas, bombardeios meteoríticos) desempenham em movimentos profundos da vida?
Origens : A vida começou nas profundezas da Terra (seja dentro da crosta, perto de fontes hidrotermais ou em zonas de subducção) e depois migrou para o sol? Ou a vida começou em um pequeno lago de superfície quente e desceu? Como os zumbis microbianos subsuperficiais se reproduzem ou vivem sem se dividir por milhões a dezenas de milhões de anos?
Energia : O metano, o hidrogênio ou a radiação natural (do urânio e outros elementos) são a fonte de energia mais importante para a vida profunda? Quais fontes de energia profunda são mais importantes em diferentes configurações? Como a ausência de nutrientes e temperaturas e pressões extremas impactam a distribuição microbiana e a diversidade no subsolo?
Comentários
“Descobertas sobre a natureza e extensão da profunda biosfera microbiana estão entre as principais conquistas do Observatório de Carbono Profundo. Pesquisadores da vida profunda abriram nossos olhos para vistas notáveis - visões emergentes da vida que nunca soubemos que existiam. ”
- Robert Hazen , Cientista Sênior da Equipe, Laboratório Geofísico, Instituição Carnegie para a Ciência e Diretor Executivo da OCD
- Robert Hazen , Cientista Sênior da Equipe, Laboratório Geofísico, Instituição Carnegie para a Ciência e Diretor Executivo da OCD
“Eles não são enfeites de Natal, mas as minúsculas bolas e enfeites de vida profunda parecem poder decorar uma árvore, assim como o vidro Swarovski. Por que a natureza tornaria a vida profunda bonita quando não há luz, não há espelhos? ”
- Jesse Ausubel , da Rockefeller University, um dos fundadores do DCO
- Jesse Ausubel , da Rockefeller University, um dos fundadores do DCO
“A vida profunda provavelmente tem um impacto importante nos ciclos biogeoquímicos globais e, portanto, no mundo da superfície. No entanto, ainda estamos longe de quantificar esse impacto. ”
- Kai-Uwe Hinrichs , Universidade MARUM de Bremen, Alemanha
- Kai-Uwe Hinrichs , Universidade MARUM de Bremen, Alemanha
“Mesmo em condições escuras e energicamente desafiadoras, os ecossistemas intraterrestres evoluíram e se mantiveram unicamente durante milhões de anos. Expandir nosso conhecimento da vida profunda inspirará novos insights sobre a habitabilidade planetária, levando-nos a entender por que a vida emergiu em nosso planeta e se a vida persiste no subsolo marciano e em outros corpos celestes. ”
- Fumio Inagaki , Agência Japonesa de Ciências da Terra Marinha e Tecnologia
- Fumio Inagaki , Agência Japonesa de Ciências da Terra Marinha e Tecnologia
"Apesar de estarmos longe de quantificá-lo, acreditamos que a Deep Life tenha um impacto importante nos ciclos biogeoquímicos globais e nos equilíbrios químicos em rochas habitáveis. A Deep Life desempenha um papel na qualidade do aquífero, por exemplo, ou captura e armazenamento de carbono. Infelizmente, a biosfera profunda é muito mal considerada nas operações de engenharia realizadas na subsuperfície.Nós demonstramos recentemente a alta reatividade da biota profunda às injeções de CO 2 (CCS), que finalmente levaram ao bioclogging do poço de injeção, e ao redor reservatório."
- Bénédicte Ménez , Instituto de Física do Globo de Paris, França
- Bénédicte Ménez , Instituto de Física do Globo de Paris, França
“Há uma década, não tínhamos ideia de que as rochas sob nossos pés pudessem ser tão habitadas. Investigações experimentais nos disseram que os micróbios poderiam sobreviver a grande profundidade; Naquela época, não tínhamos provas, e isso se tornou real dez anos depois. Isto é simplesmente fascinante e certamente encorajará o entusiasmo em procurar a franja biótico-abiótica na Terra e em outros lugares. ”
- Isabelle Daniel , Universidade de Lyon 1, França
- Isabelle Daniel , Universidade de Lyon 1, França
Apêndice
Links para artigos selecionados do Deep Life:
- A biomassa e a biodiversidade do subsolo continental . (2018) Nature Geoscience Magnabosco C, Lin LH, Dong H, Bomberg M, Ghiorse W, Stan-Lotter H, Pedersen K, TL Kieft, van Heerden E, Onstott TC
- Distribuição global de abundância microbiana e biomassa em sedimentos subsuperficial. (2012) PNAS Kallmeyer J, Pockalny R, RR Adhikari, Smith DC, D'Hondt S
- Explorando a vida microbiana profunda em sedimentos de carvão até ~ 2,5 km abaixo do fundo do oceano . (2015) Ciência Inagaki F, Hinrichs KU, Kubo Y, Bowles MW, Heuer VB, Hong WL, Hoshino T, Ijiri UM, Imachi H, Ito M, Kaneko M, Alavanca MA, YS Lin, Methé BA, Morita S, Morono Y, Tanikawa W, M Bihan, Bowden SA, Elvert M, Glombitza C, D bruta, Harrington GJ, T Hori, Li K, Limmer D, Liu CH, M Murayama, Ohkouchi N, S Ono, Parque YS, Phillips SC, Prieto-Mollar X, Purkey M, Riedinger N, Y Sanada, Sauvage J, Snyder G, Susilawati R, Takano Y, Tasumi E, T Terada, Tomaru H, E Trembath-Reichert, Wang DT, Yamada Y
- Composições dissolvidas de matéria orgânica em águas de fratura profundas de 0,6 a 3,4 km, Kaapvaal Craton, África do Sul . (2018) Geoquímica Orgânica Kieft TL, CC de Walters, Higgins MB, Mennito AS, Clewett CFM, Heuer V, Pullin MJ, Hendrickson S, van Heerden E, Sherwood Lollar B, Lau MCY, Onstott TC
- Células microbianas não cultivadas filogeneticamente novas dominam os microbiomas da Terra(2018) mSystems Lloyd KG, Steen AD, Ladau J, Yin J,
Crosby L. - Uma nova visão da árvore da vida (2016) Nature Microbiology Hug LA, Baker BJ, Anantharaman K, Brown CT, Probst AJ, Castelle CJ, Butterfield CN, Hernsdorf AW, Y Amano, Ise K, Y Suzuki, Dudek N, Relman DA, Finstad KM, Amundson R, Thomas BC, Banfield JF
- Sobrevivência do menor: dormência microbiana e manutenção em sedimentos marinhos através do tempo profundo (2018) Geobiologia Bradley JA, Amend JP, LaRowe DE
- O uso de compostos de metila e o crescimento lento caracterizam a vida microbiana em leitos de carvão e xisto de subsolo de 2 km de profundidade . (2017) PNAS Trembath-Reichert E, Morono Y, Ijiri A, T Hoshino, Dawson KS, Inagaki F, Órfão VJ
- Natureza e extensão da biosfera profunda. (2013) Avaliações em Mineralogia e Geoquímica, Volume 75, Carbono na Terra Colwell, F, D'Hondt S
- Alta reatividade da biota profunda sob injeção antropogênica de CO 2 em basalto. (2017) Nature Comunicações Trias R, Ménez B, Campion P, Zivanovic Y, Lecourt L, A Lecoeuvre, Schmitt-Kopplin P, J Uhl, Gísslason SR, Alfreðsson HA, Mesfin KG, SA Snæbjörnsdóttir, Aradóttir ES, Gunnarsson I, Assunto JM, Stute M, Oelkers EH, Gérard E
Ilustrações
Nota: Versões de alta resolução da maioria das imagens abaixo podem ser acessadas simplesmente clicando nas imagens.
Um nematóide (eucariota) em um biofilme de microorganismos. Este nematóide não identificado ( Poikilolaimus sp.) Da mina de ouro de Kopanang, na África do Sul, vive 1,4 km abaixo da superfície. Imagem cortesia de Gaetan Borgonie (Extreme Life Isyensya, Bélgica). Veja também: https://deepcarbon.net/feature/several-eukaryotic-species-found-living-deep-earths-crust
Células neste agrupamento de archaea (as células ANME-2, vermelho) e bactérias ( Desulfosarcina / Desulfococcus espécies, verde) trabalham em conjunto com a energia da colheita a partir de metano no fundo do mar se infiltra. Estes organismos têm taxas de crescimento muito baixas, com um tempo mínimo de duplicação de alguns meses, tornando-os muito difíceis de cultivar e estudar no laboratório. Imagem cedida por Katrin Knittel (MPI Bremen)
Candidatus Desulforudis audaxviator (as células arroxeadas, em forma de bastão azul abrangendo esferas de carbono laranja) é uma espécie de bactéria que sobrevive com hidrogênio (H 2) da radiólise de água e sulfato derivado da oxidação da pirita pelo oxigênio e peróxido de hidrogênio produzidos radoliticamente (H 2 O 2) e fixa dióxido de carbono (CO 2) e nitrogênio (N 2). Os cientistas encontraram originalmente o Ca. Desulforudis vivendo dentro de uma fratura cheia de fluido e gás a 2,8 km abaixo da superfície da Terra na Mponeng Gold Mine, perto de Joanesburgo, África do Sul. Surpreendentemente, os cientistas não encontraram outros organismos em suas amostras, tornando este ecossistema profundo o primeiro encontrado na Terra com apenas uma espécie. O nome do gênero Desulforudis vem do latim para "de enxofre" e "vara", observando sua forma e sua capacidade de obter energia a partir de sulfatos. E audaxviator? Da Viagem de Júlio Verne ao Centro da Terra e uma mensagem em latim decifrada pelo protagonista de Verne, o professor Lidenbrock, que em parte lia: "desce, viajante ousado e atinge o centro da Terra". Imagem cortesia de Greg Wanger (Instituto de Tecnologia da Califórnia,
Esta é uma espécie de Methanobacterium , que produz metano. Encontrado em amostras de um leito de carvão enterrado 2 km abaixo do fundo do Oceano Pacífico, na costa do Japão, este espécime foi recuperado durante uma expedição do Programa de Perfuração Integrada do Oceano (agora o International Ocean Discovery Program) em 2012 a bordo do Drilling Vessel Chikyu . Bar representa 10 µm. Imagem cortesia de Hiroyuki Imachi (Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia da Terra Marinha (JAMSTEC), Japão). Por favor, note que uma versão de alta resolução desta imagem está disponível através do contato images@jamstec.go.jp
Estas archaea, Altiarchaeales , foram encontradas originalmente vivendo em fontes sulfídicas na Alemanha. Os cientistas coletaram amostras de água de um poço de 30m de profundidade, no entanto, as células analisadas poderiam estar vivendo em profundidades muito maiores. Cada célula é cercada por uma camada felpuda de "hami", acessórios semelhantes a pêlos com "ganchos" no final e espinhos ao longo de seu comprimento. Essas estruturas de superfície ajudam as células a aderir às superfícies. Imagem cortesia de Christine Moissl-Eichinger (Universidade Médica de Graz, Áustria)
Cara Magnabosco e seus colegas coletam amostras antigas de água a 1,3 km de profundidade dentro da Mina de Ouro Beatrix, na África do Sul, para investigar a diversidade e a abundância de micróbios profundos. Imagem cortesia de Gaetan Borgonie (Extreme Life Isyensya, Bélgica) e Barbara Sherwood Lollar (Universidade de Toronto, Canadá)
A embarcação de perfuração científica japonesa Chikyu tornou possível aos cientistas acessar a vida microbiana em subsuperfície profunda. O navio foi projetado para perfurar 7 km abaixo do fundo do mar em algumas das regiões mais ativas do planeta. Pesquisadores da DCO estavam a bordo do navio para uma expedição ao Nankai Trough em 2016 para determinar os limites de temperatura e pressão da vida microbiana a temperaturas acima de 120 ° C. Direitos autorais da foto JAMSTEC. Por favor, note que uma versão de alta resolução desta imagem está disponível através do contato images@jamstec.go.jp
O D / V Chikyu é um dos mais avançados navios de perfuração científica disponíveis atualmente. As operações de corrosão ocorrem 24 horas por dia. Imagem cortesia de Luc Riolon / JAMSTEC
Os cientistas procuram sinais de vida em núcleos como este. Os núcleos da Expedição 337 do International Ocean Discovery Program (IODP) foram levados a profundidades de até 2,5 km abaixo do fundo do mar, onde a temperatura aumenta de 30 ° C para 60 ° C, ultrapassando o limite de temperatura previsto para a vida na Terra. Imagem cortesia de Luc Riolon / JAMSTEC
O IODP Expedition 357 para o Atlantis Massif foi pioneiro no uso de suportes de rocha no leito marinho, MeBo (esquerda) e RockDrill2 (direita), equipados com sensores capazes de monitorar condições de fluidos in-situ durante a perfuração e com potencial para "tapar" um furo. Essa tecnologia está aprimorando a capacidade dos cientistas de entender as condições da profunda subsuperfície encontrada pela vida microbiana. Imagens cortesia da ECORD / IODP
