Le informazioni nascoste nel lago Enigma

Quando pensiamo alle impronte, immaginiamo una traccia, un segno lasciato su un terreno o un cratere derivato dall’impatto di un antico meteorite. Oppure a fossili nelle rocce che attestano la presenza di esseri viventi ormai estinti. Ma le impronte possono essere anche “liquide”, come testimonia il lago Enigma, in Antartide, una capsula del tempo che sembra custodire tracce dei microrganismi che popolavano la regione prima che il lago fosse sigillato dal ghiaccio, come racconta Francesco Smedile dell’Istituto di scienze polari (Isp) del Cnr e tra i principali autori dello studio pubblicato lo scorso anno sulla rivista del gruppo Nature, “Communications Earth & Environment”, che per primo ha indagato l’interno del lago.

Un lago misterioso, Enigma appunto, perché al centro di molte domande. Situato nella regione della Terra Vittoria, la parte del continente antartico rivolta verso l’Australia e la Nuova Zelanda, è incastonato in una depressione fra due ghiacciai, il Boulder Clay e l’Amorphous Glacier, e copre una superficie di circa 140.000 metri quadrati. “La conformazione della zona ha da sempre suggerito la presenza di un lago al di sotto dei ghiacci, ma fino al 2019 tutti i tentativi di ricerca della massa d’acqua non avevano portato a nulla, al punto che si riteneva che la presenza di un lago fosse una leggenda”, spiega il ricercatore. “Misteriosa”, inoltre, anche la presenza di due cumuli di rocce di centinaia di chili, poste quasi al centro del lago. “L’area ha preso il nome di Enigma proprio per via di queste strutture, localizzate al di sopra di una sommità ghiacciata, e per le quali non è stato possibile trovare una spiegazione al perché si siano formate proprio in quel punto”, aggiunge l’esperto.

Ma “enigma” anche perché non è stato facile capire come perforare il ghiaccio: infatti questo è intervallato da strati di polveri, rocce e sabbia, che rendono difficile l’uso degli strumenti di carotaggio tradizionali e necessario inventarne di nuovi. “Durante la XXXV Spedizione italiana in Antartide, che si è svolta tra novembre 2019 e gennaio 2020, siamo finalmente riusciti a superare questo ostacolo. Prima di quel momento non si conosceva quasi nulla di Enigma perché i radar che vengono solitamente impiegati per vedere cosa si nasconde sotto una superficie funzionano bene solo quando c’è un’omogeneità nella composizione del mezzo, e non danno risultati affidabili in condizioni di ghiaccio misto a rocce, continua Smedile. “Per superare la barriera del ghiaccio abbiamo dovuto perforare la superficie per oltre 11 metri e, una volta oltrepassata, è finalmente emerso il lago, con un fondale di profondità variabile, dai 9 ai 22-23 metri, ma con picchi segnalati dal radar di oltre 90 metri. Ci siamo concentrati quindi sullo studio della componente microbica, raccogliendo dati in 3 siti differenti, a profondità variabili. Analizzando il ‘tappeto microbico’, composto da strati o biofilm di colonie batteriche, abbiamo scoperto che il bacino lacustre, oltre a presentare una marcata stratificazione termica e chimica con valori differenti di salinità e quantità di ossigeno, ospita un ecosistema estremamente diversificato. Le zone più esposte alla luce sono ricche di cianobatteri in grado di utilizzare la scarsa radiazione luminosa che penetra dal ghiaccio per produrre sostanze organiche in modo autotrofo e sostenere gli altri batteri. Struttura simile, ma con specie diverse, a siti più profondi dove, invece, i batteri non possono neanche più contare sulla poca luce solare”.

Ma le scoperte sono state anche altre. “Nel lago abbiamo poi trovato un gruppo ‘enigmatico’ di organismi ultramicroscopici, i cosiddetti ‘Patescibacteria’, che fanno parte di quella che viene definita la ‘microbial dark matter’, l’insieme di microrganismi che non si è riusciti ancora a isolare su piastra e che quindi non possono essere coltivati in laboratorio, rendendoli in gran parte sconosciuti. Non sappiamo quindi bene quali siano le loro caratteristiche, fatta eccezione per le loro dimensioni molto contenute e il genoma ridotto, e cosa siano in grado di fare, ma supponiamo che vivano in simbiosi o in parassitismo con altre specie batteriche”, sottolinea l’esperto. “Questo ritrovamento ci ha stupito, in quanto questi batteri erano stati finora descritti solamente in ambienti sotterranei e non in ecosistemi di acqua dolce e, soprattutto, mai individuati in Antartide”.

Questi microrganismi rappresentano una delle frontiere più affascinanti della microbiologia moderna. Si tratta di batteri di dimensioni estremamente ridotte, con cellule che misurano appena poche centinaia di nanometri, caratterizzati da genomi semplificati che contengono solo le informazioni genetiche essenziali per la sopravvivenza. La presenza dei Patescibacteria nel lago suggerisce che questi organismi possiedano adattamenti specifici per sopravvivere in condizioni di risorse estremamente limitate, temperature prossime al congelamento e isolamento dall'esterno. Il loro genoma ridotto implica che non possono svolgere autonomamente tutte le funzioni metaboliche necessarie alla vita, e devono quindi stabilire relazioni simbiotiche con altri microrganismi presenti nel lago. Questa dipendenza da altri organismi rivela dunque l'esistenza di complesse reti ecologiche nel lago Enigma, dove diverse specie microbiche interagiscono scambiando nutrienti e metaboliti.

“Ci troviamo di fronte a una capsula del tempo, probabilmente quasi del tutto isolata dalla superficie esterna da quando è avvenuto il congelamento del lago”, osserva Smedile. “Grazie alla copertura di ghiaccio che sigilla completamente il sistema idrologico non è infatti possibile per organismi esterni introdursi all’interno. L'ecosistema potrebbe quindi essere costituito da una miscela di organismi direttamente discendenti da quelli presenti nella regione prima dell'attuale configurazione glaciale. Dunque, dei fossili viventi di ecosistemi ormai scomparsi. Per poterlo confermare saranno però necessarie ulteriori analisi, studiando i genomi di specie target si potranno valutare la velocità di mutazione dei genomi microbici e il grado di evoluzione, e di conseguenza verificare le differenze rispetto ad altre specie simili”.

Future esplorazioni saranno comunque necessarie per valutare la presenza di organismi superiori. “Dalla letteratura sappiamo che in ecosistemi simili, oltre ai procarioti, sono presenti anche eucarioti. Inoltre, stiamo pianificando ulteriori ricerche per studiare più approfonditamente il fondale e comprendere se la presenza di acqua liquida possa essere dovuta a fenomeni di vulcanismo secondario legati a un vulcano che si trova nelle vicinanze di Enigma. Il lago, infatti, non ha caratteristiche uniformi e questo potrebbe dipendere da una doppia ‘alimentazione’ di acqua dall’esterno, non solo derivante dallo scioglimento dei ghiacciai sovrastanti, ma proveniente anche dal fondale”, conclude il ricercatore. “Sarà importante poi studiare il lago come modello per mettere a punto tecniche e metodi di indagine che permetteranno, in futuro, di andare a studiare sistemi extraterrestri in condizioni estreme. La scoperta del lago Enigma apre infatti, non solo nuove frontiere nella ricerca biologica polare e nella comprensione dei limiti della vita sulla Terra, ma anche nello studio di come gli organismi possano adattarsi a condizioni estreme di isolamento, scarsità di risorse e temperature vicine al congelamento. Ambienti analoghi a quelli di lune ghiacciate come Europa, satellite di Giove ed Encelado, luna di Saturno”.

Studiare come la vita persiste e si diversifica in ecosistemi terrestri estremi fornirà quindi informazioni preziose per progettare future missioni di ricerca della vita nel sistema solare e per interpretare eventuali segnali biologici che potrebbero essere scoperti.

Fonte: Francesco Smedile, Istituto di scienze polari, francesco.smedile@cnr.it