La vita custodita nelle rocce ricche di ferro

Un nuovo studio, condotto presso le calde sorgenti di Yellowstone, ha rivelato che i materiali organici potrebbero rimanere conservati in ambienti molto simili a quelli di Marte. La scoperta ha naturalmente notevoli implicazioni nella ricerca della vita su altri mondi.

Finora, la maggior parte degli studi si erano concentrati sulle rocce ricche di silice, fonte primaria di fossili microscopici sulla Terra. Ma alcuni ricercatori hanno pensato di estendere il campo di ricerca alle rocce ricche di ferro. Il loro lavoro presso le sorgenti termali di Yellowstone, ha mostrato che il ferro potrebbe o preservare o reagire con materiale organico, aiutando la formazione di fossili.
Tali risultati contrastano con altri precedenti, secondo i quali, invece, il ferro distruggerebbe il materiale organico attraverso un processo noto come ossidazione.

"In generale, a molti microbi piace mangiare composti organici, in particolare alcuni lipidi per pranzo, distruggendo la maggior parte delle sostanze organiche, prima che possano avere la possibilità di arrivare a conservarsi", ha detto Mary Parenteau, un ricercatrice presso l'Istituto SETI e il NASA Ames Research Center. "Il ferro può rapidamente seppellire o legarsi alle sostanze organiche e renderle disponibili come cibo, tipo un involucro di cemento per panini".

Parenteau e colleghi si sono concentrati proprio sulla ricerca dei lipidi, molecole organiche che tipicamente formano le pareti cellulari ed altre parti di organismi viventi su scala microscopica, dettagliando i loro risultati sul numero di giugno 2014 della rivista Astrobiology.

Production and Early Preservation of Lipid Biomarkers in Iron Hot Springs [abstract]

The bicarbonate-buffered anoxic vent waters at Chocolate Pots hot springs in Yellowstone National Park are 51-54°C, pH 5.5-6.0, and are very high in dissolved Fe(II) at 5.8-5.9 mg/L. The aqueous Fe(II) is oxidized by a combination of biotic and abiotic mechanisms and precipitated as primary siliceous nanophase iron oxyhydroxides (ferrihydrite). Four distinct prokaryotic photosynthetic microbial mat types grow on top of these iron deposits. Lipids were used to characterize the community composition of the microbial mats, link source organisms to geologically significant biomarkers, and investigate how iron mineralization degrades the lipid signature of the community. The phospholipid and glycolipid fatty acid profiles of the highest-temperature mats indicate that they are dominated by cyanobacteria and green nonsulfur filamentous anoxygenic phototrophs (FAPs). Diagnostic lipid biomarkers of the cyanobacteria include midchain branched mono- and dimethylalkanes and, most notably, 2-methylbacteriohopanepolyol. Diagnostic lipid biomarkers of the FAPs (Chloroflexus and Roseiflexus spp.) include wax esters and a long-chain tri-unsaturated alkene. Surprisingly, the lipid biomarkers resisted the earliest stages of microbial degradation and diagenesis to survive in the iron oxides beneath the mats. Understanding the potential of particular sedimentary environments to capture and preserve fossil biosignatures is of vital importance in the selection of the best landing sites for future astrobiological missions to Mars. This study explores the nature of organic degradation processes in moderately thermal Fe(II)-rich groundwater springs-environmental conditions that have been previously identified as highly relevant for Mars exploration. Key Words: Lipid biomarkers-Photosynthesis-Iron-Hot springs-Mars. Astrobiology 14, 502-521.

I lipidi cercati dal team sono altrettanto importanti come il DNA per identificare gli organismi ma a differenza di quest'ultimo che è fragile, i lipidi hanno il vantaggio potenziale di lasciare il segno per miliardi di anni e possono anche contenere indizi su come gli microrganismi hanno risposto ai cambiamenti ambientali.

I ricercatori hanno raccolto campioni da due Chocolate Pots, sorgenti attive di acqua calda a Yellowstone Park e da una bocca prosciugata ormai da molto tempo nelle vicinanze.

In un nucleo di sedimenti della sorgente termale attiva, il team ha trovato conservate alcune molecole lipidiche, chiamate 2-methylhopanoid, appartenenti a cianobatteri, un gruppo di batteri in grado di convertire la luce solare in energia. Hanno anche identificato lipidi fragili, come gli acidi grassi, provenienti dai cianobatteri che di solito servono come cibo per altri microbi, o sono comunque rapidamente distrutti dopo che le cellule muoiono.

"Quando abbiamo scoperto che gli acidi grassi dei cianobatteri venivano conservati nei depositi di ferro, questo ci ha costretti a riconsiderare i modi in cui il ferro può preservare, piuttosto che distruggere i lipidi", ha spiegato Parenteau.

Le sorgenti termali ricche di ferro possono aver contribuito a preservare le molecole organiche, come i lipidi, in vari modi. Innanzitutto, il ferro reagisce chimicamente con l'ossigeno e abbassa i livelli di ossigeno nell'acqua. Ciò impedisce ai batteri ossigeno-dipendenti di consumare tutto il materiale organico come i lipidi. In secondo luogo, il ferro può bloccare alcuni enzimi che aiutano a rompere il materiale organico dopo la morte dei microrganismi. In terzo luogo, il ferro può legarsi anche chimicamente con le molecole organiche per una migliore conservazione.

Le missioni su Marte hanno già scoperto tracce di sorgenti idrotermali, come il Mars Exploretion Rover Spirit ad Home Plate, e Curiosity ha confermato la presenza di rocce ricche di ematite, un minerale ricco di ossido di ferro, ad esempio nella prima delle tre perforazioni eseguite a Parhump Hills.

Parenteau ed il suo team sperano che questi risultati possano aiutare le future missioni robotiche per il Pianeta Rosso nella ricerca delle molecole organiche a testimonianza della vita passata; ma il loro lavoro ha implicazioni anche per la Terra, dove antiche tracce di vita micrbica possono ancora essere custodite nei depositi di ferro del periodo Precambriano.