Una nueva investigación ha descubierto una actividad sorprendente entre los organismos que prosperan en el suelo submarino caliente y extremadamente profundo.

Estos hallazgos, publicados en 'Nature Communications', arrojan luz sobre las estrategias de supervivencia de los organismos que prosperan en ese entorno hostil y plantea la cuestión de si la vida podría sobrevivir en entornos similares en otros planetas.

Desde el descubrimiento de la biosfera del subsuelo profundo a mediados de la década de 1990, los científicos han estudiado las condiciones en las que los organismos prosperan en este entorno aislado y, por lo general, carente de alimentos, y se han preguntado qué condiciones establecen un límite a la existencia de la vida.

En 2016, un grupo de científicos internacionales se hizo a la mar a bordo del buque perforador científico japonés Chikyu para estudiar el límite de temperatura de la biosfera del subsuelo profundo. Se recogieron muestras de sedimentos de una perforación que atravesaba la zona de subducción geológica de la Fosa de Nankai, frente a Japón.

En este lugar, la temperatura aumenta de forma pronunciada con la profundidad hasta alcanzar los 120 °C, una temperatura que se sugiere cercana al límite para la vida, a 1.200 metros bajo el lecho marino. Para su sorpresa, los científicos descubrieron una comunidad microbiana muy pequeña, pero muy activa, que prosperaba en estas condiciones de profundidad y calor.

Los científicos determinaron el número de células en el sedimento y midieron sus tasas metabólicas mediante mediciones radiotransmisoras muy sensibles de la producción de metano y la reducción de sulfato.

Descubrieron que las tasas metabólicas por célula eran extraordinariamente altas para la biosfera profunda. Los nuevos hallazgos sobre las muestras recogidas en 2016 están arrojando luz sobre las estrategias de supervivencia de los organismos que viven en este duro entorno.

"Proponemos que los organismos se ven obligados a mantener un alto recambio metabólico, que se aproxima a la actividad de los microbios que viven en los sedimentos de la superficie y en los cultivos de laboratorio, para proporcionar la energía necesaria para reparar el daño celular térmico", explica Felix Beulig, de la Universidad de Bayreuth, en Alemania, que es el autor principal del estudio.

"La energía necesaria para reparar el daño térmico de los componentes celulares aumenta de forma pronunciada con la temperatura, y la mayor parte de esta energía es probablemente necesaria para contrarrestar la continua alteración de los aminoácidos y la pérdida de la función de las proteínas", dijo la líder del estudio, Tina Treude, profesora de geomicrobiología marina de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA).

No es fácil detectar la actividad metabólica microbiana en sedimentos con menos de 500 células por centímetro cúbico de sedimento, lo que supone siete órdenes de magnitud menos que en la media de los sedimentos superficiales.

"Trabajamos en condiciones extremadamente controladas y estériles, y realizamos un gran número de experimentos de control simultáneamente a las incubaciones de las muestras", explica Florian Schubert, del Centro Alemán de Investigación en Geociencias, que realizó estos análisis como parte de sus estudios de doctorado.

"Incluso incubamos sedimentos esterilizados con alta radiación gamma, así como fluido de perforación del pozo, para detectar cualquier posible reacción no biológica o actividad microbiana inducida por la contaminación", añade Jens Kallmeyer, mentor de Florian Schubert.

Dado que las determinaciones de la tasa metabólica se llevaron a cabo en condiciones de laboratorio, quedaba cierta incertidumbre sobre si los microbios mostrarían la misma actividad metabólica en su entorno natural. Por ello, los científicos compararon las tasas metabólicas de reducción de sulfato medidas con el tiempo de agotamiento calculado del sulfato disuelto en el sedimento profundo.

"Dado que estamos comparando dos enfoques metodológicos muy diferentes que actúan en escalas de tiempo de días frente a millones de años, la concordancia entre la determinación de la tasa experimental y el tiempo de agotamiento calculado es gratificantemente buena", explica Arthur Spivack, de la Universidad de Rhode Island, en Estados Unidos.

La elevada actividad por célula de los reductores de sulfato y de los metanógenos en los sedimentos más profundos y calientes está aparentemente alimentada por el hidrógeno y el acetato del agua de los poros del sedimento.

"El acetato, que es una pequeña molécula orgánica que también está presente en el vinagre, es de especial interés como posible fuente de alimento --apunta Verena Heuer, de MARUM, en Alemania, la co-directora científica de la expedición--. El acetato alcanza concentraciones de más de 10 mmol por litro en el agua de poro del sedimento, lo que es excepcionalmente alto para los sedimentos marinos".

Para Bo Barker Jorgensen, de la Universidad de Aarhus, que es uno de los pioneros en la investigación de la biosfera profunda, la detección de altas tasas de células específicas en la biosfera profunda es un descubrimiento fascinante.

"Siempre hemos pensado que los microbios de la biosfera profunda son una comunidad extremadamente lenta que mordisquea lentamente los últimos restos de materia orgánica enterrada de millones de años --continúa--. Pero la biosfera profunda está llena de sorpresas. Encontrar vida que prospera con altas tasas metabólicas a estas altas temperaturas en el fondo marino alimenta nuestra imaginación sobre cómo podría evolucionar o sobrevivir la vida en entornos similares en cuerpos planetarios más allá de la Tierra".

Fumio Inagaki y Yuki Morono, de JAMSTEC (Japón), fueron los otros dos científicos jefes de la expedición y responsables de la detección de células en el sedimento. Cuando se les preguntó qué pensaban sobre el hecho de que la expedición no detectara el límite superior de temperatura de la biosfera profunda, ambos dijeron: "Tenemos que volver a perforar más profundamente. Los límites últimos de la biosfera en el interior de la Tierra siguen siendo desconocidos. Como ha demostrado este proyecto, el límite reside en algún lugar de la corteza oceánica bajo los sedimentos. Se explorará en el futuro mediante la perforación científica del océano", concluyen.