Una antigua mina de oro es una puerta de entrada para explorar la vida microbiana en las profundidades de la corteza terrestre.

Si sumamos la masa de todos los microbios que viven debajo de la superficie de la Tierra, su biomasa combinada excedería la masa de toda la vida en nuestros océanos.

Sin embargo, dado el desafío de alcanzar tales profundidades, esta abundante vida subterránea permanece en gran medida inexplorada y poco comprendida. Utilizando como laboratorio una mina de oro reutilizada en la región de Black Hills en Dakota del Sur, investigadores de la Universidad Northwestern han elaborado el mapa más completo hasta el momento de estos microbios esquivos e inusuales que se encuentran bajo nuestros pies.

En total, los investigadores identificaron casi 600 genomas microbianos, algunos de los cuales son nuevos para la ciencia. Entre este grupo, Magdalena Osborne, geocientífica de la Universidad Northwestern que dirigió el estudio, dice que la mayoría de los microbios caían en una de dos categorías: “minimalistas”, que simplificaban sus vidas comiendo lo mismo todo el día, todos los días; y “extremistas”, dispuestos y dispuestos a apoderarse con avidez de cualquier recurso que se les presente.

El estudio fue publicado recientemente en la revista Microbiología ambiental.

Una vista exterior de la antigua mina de oro, ahora el Centro de Investigación Subterránea de Sanford. Crédito: Centro de investigación subterránea de Sanford

El nuevo estudio no sólo amplía nuestro conocimiento sobre los microbios que viven en las profundidades del subsuelo, sino que también insinúa la posible vida que algún día podríamos encontrar en la superficie de la Tierra. Marte. Dado que los microbios sobreviven a partir de recursos que se encuentran dentro de las rocas y el agua físicamente separados de la superficie, también es posible que estos organismos todavía estén vivos enterrados en las polvorientas profundidades rojas de Marte.

“La biosfera subterránea profunda es enorme; es simplemente una enorme cantidad de espacio”, dijo Osborne, profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en la Escuela Weinberg de Artes y Ciencias de la Universidad Northwestern. “Usamos la mina como un conducto para entrar en esta biosfera, de difícil acceso”. A Él no importa cómo te acerques a Él. La fortaleza de nuestro estudio es que terminamos con una gran cantidad de genomas, muchos de los cuales pertenecen a grupos que no han sido suficientemente estudiados. Quién es ese ADNPodemos comprender los organismos que viven bajo tierra y aprender lo que pueden hacer. Se trata de organismos que muchas veces no podemos cultivar en el laboratorio ni estudiar en contextos más tradicionales. A menudo se la llama “materia oscura microbiana” porque sabemos muy poco sobre ella.

Puerta de entrada a la corteza terrestre

Durante los últimos 10 años, Osborne y sus estudiantes han visitado regularmente la antigua mina Homestake en Lead, Dakota del Sur, para recolectar muestras geoquímicas y microbianas. llamado ahora Instalación de investigación subterránea de Sanford (SURF), el laboratorio subterráneo profundo alberga una serie de experimentos de investigación en una variedad de disciplinas. En 2015, Osborne creó seis sitios piloto, denominados Colectivamente Observatorio microbiano de minas profundaspor todo SURF.

“La mina es ahora una instalación científica subterránea dedicada”, dijo Osborne. “Los investigadores realizan principalmente experimentos de física de partículas de alta energía. Pero también nos han permitido estudiar las biosferas profundas que viven dentro de las rocas. Podemos realizar experimentos en un sitio exclusivo y controlado y verificarlos meses después, algo que no podríamos hacer”. hacer en una mina activa”.

Al perforar agujeros en la roca dentro de la mina, Osborne y su equipo pudieron capturar fluidos de fractura, compuestos de agua y gases disueltos. Algunos de estos fluidos tienen hasta 10.000 años de antigüedad y están repletos de vida microbiana que de otro modo sería aislada e ignorada.

En el nuevo estudio, Osborne y su equipo recolectaron ocho muestras de fluidos, recolectadas en varios puntos de la mina, extendiéndose desde la superficie hasta una profundidad de aproximadamente 1,5 kilómetros. El rango de muestreo proporciona una ventana al gradiente de vida microbiana en profundidad.

Mínimo contra los extremistas

De vuelta en el laboratorio de Osborne en la Universidad Northwestern, ella y su equipo secuenciaron el ADN microbiano encontrado en las muestras. De los aproximadamente 600 genomas identificados, los microbios representan 50 filos distintos y 18 filos candidatos.

Entre esta diversa comunidad de microbios, Osborn descubrió que en algún momento, cada cepa gravita hacia un camino de vida específico: convertirse en minimalista o maximalista.

“El hombre microbio que encontramos era simple: muy simplista con una función que hacía muy bien junto con un grupo cercano de colaboradores, o podía hacer un poco de todo”, dijo Osborne. “Estos extremistas están preparados para cualquier recurso que venga con ellos. Si existe la oportunidad de producir algo de energía o transformar una biomolécula, están preparados. Al observar su genoma, podemos decir que tiene muchas opciones. Si los nutrientes son escasos , puede convertirse en “Ella misma”.

La profesora Magdalena Osborne recoge fluidos de fractura compuestos de agua y gases disueltos. Crédito: Centro de investigación subterránea de Sanford

Osborne explicó que los minimalistas suelen compartir recursos con amigos, que también tienen trabajos especializados.

“Algunas de estas cepas ni siquiera tienen los genes para producir sus propios lípidos, lo cual me sorprende”, dijo Osborne. “¿Porque cómo se puede producir una célula sin grasa? Es algo así como que los humanos no pueden producir todos los aminoácidos”. agrioEntonces comemos proteínas para obtener Aminoácidos Que no podemos hacer por nuestra cuenta. Pero esto ocurre en una escala más extrema. Los líderes son muy dedicados y trabajan juntos para que funcione. “Es una gran participación y no hay duplicación de esfuerzos”.

Visiones en la Tierra y más allá

Mientras imaginamos vida más allá de la Tierra, Osborne dijo que estos microbios subterráneos pueden proporcionar pistas sobre lo que podría estar viviendo en otros lugares.

“Me emociona ver evidencia de vida microbiana, haciendo su trabajo sin nosotros, sin plantas, sin oxígeno, sin una atmósfera superficial”, dijo. “Estos tipos de vida podrían existir en lo profundo de Marte o en los océanos de las lunas heladas en este momento. Estas formas de vida nos dicen sobre lo que podría estar viviendo en otras partes del sistema solar.

Y tiene impactos en nuestro planeta. Mientras la industria busca sitios para el almacenamiento de carbono a largo plazo, por ejemplo, muchas empresas están explorando las posibilidades de inyectar dióxido de carbono en las profundidades de la Tierra.

Mientras exploramos estas opciones, Osborne nos recuerda que no nos olvidemos de nuestros microbios.

“Necesitamos ser conscientes de la vida en las profundidades subterráneas y de cómo la actividad humana, como la minería y el almacenamiento de carbono, pueden afectarla”, dijo. “Si almacenamos dióxido de carbono bajo tierra, hay microbios que pueden metabolizarlo para producir metano, por ejemplo. Hay una biosfera subterránea que, dependiendo de lo perturbada que esté, tiene el potencial de afectar la superficie.

Referencia: “Una visión metagenómica de la nueva diversidad y metabolismo microbiano encontrado dentro de la biosfera terrestre profunda en DeMMO: un observatorio microbiano en Dakota del Sur, EE. UU.” por Lily Mumber, Caitlin P. Cazar y Magdalena R. Osborne, 14 de noviembre de 2023, Microbiología ambiental.
doi: 10.1111/1462-2920.16543

El estudio fue apoyado previamente NASA Exobiología (Números de subvención NNH14ZDA001N, NNX15AM086), la Fundación David y Lucile Packard y el Instituto Canadiense para el Avance de la Investigación: Tierra 4D.