Los científicos descubrieron un hábitat subterráneo previamente inexplorado

Los científicos han descubierto diversa vida microbiana en las profundidades del desierto de Atacama de Chile utilizando nuevas técnicas de análisis de ADN, proporcionando información sobre la biodiversidad en ambientes extremos y posibles implicaciones para la investigación sobre vida extraterrestre. El Yungay-Playa, una de las zonas más secas del desierto chileno de Atacama. Crédito: D. Wagner, GFZ

Una nueva molécula ADN La técnica de análisis permitió la detección de microbios viables a una profundidad de hasta 4,20 metros. Este descubrimiento también tiene importancia para la búsqueda de vida extraterrestre.

Históricamente, se pensaba que el suelo seco del desierto de Atacama en Chile estaba desprovisto de vida. Sin embargo, en una de sus zonas más secas, un grupo de investigadores liderados por Lucas Horstmann y Dirk Wagner del Centro Alemán de Investigación en Geociencias GFZ, en colaboración con sus colegas de la TU Berlín y la Universidad de Antofagasta en Chile, han descubierto ahora algo que no se sabía antes. hábitat subterráneo.

Esto se basó en métodos recientemente desarrollados de análisis de ADN molecular, que permiten la extracción y el análisis específicos del ADN intracelular. Proviene de células intactas de organismos vivos o inactivos, lo que permite encontrar comunidades microbianas viables y potencialmente activas que viven en suelos hiperáridos hasta una profundidad de 4,20 metros. El estudio, publicado en la revista Nexo PNAS, ampliando así nuestra comprensión de la biodiversidad de una región donde las condiciones extremas de sequía, salinidad y deficiencia de nutrientes están cerca de los límites de la vida. Los resultados también tienen implicaciones para la búsqueda de vida en otros planetas.

Trasfondo: El hábitat desértico extremo

Los desiertos son uno de los ecosistemas más grandes y frágiles de la Tierra. Aunque las condiciones allí se encuentran entre las más duras y potencialmente mortales, contienen vida microbiana. En ausencia de lluvias regulares, los microorganismos son el componente ecológico más importante que media en los flujos de nutrientes al utilizar componentes del suelo como minerales y sales, así como gases atmosféricos como fuente de energía y agua.

«El estudio de la diversidad y distribución microbiana es crucial para comprender plenamente el papel central de los procesos microbianos en el mantenimiento del equilibrio ecológico y la funcionalidad de los ecosistemas desérticos, especialmente en lo que respecta a su desarrollo futuro en el contexto del cambio climático», afirma Dirk Wagner, director . de la Sección de Geomicrobiología del GFZ y uno de los líderes del estudio.

Sitio de estudio en Yungay-Playa: El pozo perfilado excavado y el carro laboratorio de la Universidad de Antofagasta. Crédito: L. Horstmann, GFZ

El desierto de Atacama, en el norte de Chile, de 105.000 kilómetros cuadrados, está considerado el desierto cálido más seco del mundo. Se trata, por tanto, de un lugar sumamente relevante y adecuado para la investigación en este hábitat. Ya se han investigado zonas poco profundas de hasta aproximadamente un metro de profundidad. Aquí sabemos que es un hábitat de nicho que protege contra la radiación ultravioleta y donde todavía hay agua disponible para que la vida microbiana pueda florecer.

Un nuevo enfoque: análisis profundo del suelo en el desierto de Atacama con análisis especiales de ADN

Las capas más profundas del suelo desértico, en cambio, hasta la fecha sólo han sido analizadas en unos pocos estudios. Fueron, por tanto, el foco de un equipo liderado por Lucas Horstmann, estudiante de doctorado, y Daniel Lipus, investigador postdoctoral, ambos de la Sección de Geomicrobiología del GFZ, y Dirk Wagner, jefe de la misma sección y profesor de Geomicrobiología y Geobiología en la Universidad de Potsdam. Otros colegas vinieron de TU Berlín y de la Universidad de Antofagasta en Chile. Los investigadores querían probar si los sedimentos más profundos del hiperárido desierto de Atacama también podrían ser un hábitat para microbios especializados.

El equipo de investigación estudió un perfil de suelo en el área de Yungay, a unos 60 kilómetros al sureste de Antofagasta, para analizar la diversidad microbiana y su interacción con las propiedades del suelo a lo largo de un perfil de profundidad que incluía tanto los sedimentos de la playa como los depósitos de abanicos aluviales debajo. , alcanzando hasta una profundidad de 4,2 metros. Para ello, excavaron un perfil de suelo y tomaron muestras de suelo cada 10 centímetros hasta una profundidad de tres metros, luego cada 30 centímetros, que fueron llevadas a los laboratorios del GFZ para su análisis.

Para detectar rastros de vida en las muestras, los científicos utilizaron una nueva técnica de análisis de ADN molecular desarrollada por Dirk Wagner y otros en el GFZ: mediante un método de extracción especial se puede filtrar sólo el ADN intracelular de un muestra, es decir, ADN procedente de células intactas y potencialmente activas. Para ello se utilizan diversos productos químicos, centrífugas y filtros.

«Este enfoque representa una mejora significativa para los estudios de diversidad microbiana en ambientes extremos, ya que excluye efectivamente el sesgo generado por el ADN de las células muertas y aún proporciona datos válidos incluso cuando el límite de detección para otros métodos se habría alcanzado debido a la baja cantidad de biomasa», destaca Wagner.

Descubrimiento de una comunidad microbiana potencialmente viable hasta una profundidad de 4,2 metros

Al extraer el ADN intracelular y la posterior secuenciación genética de las muestras, los investigadores pudieron identificar microbios potencialmente viables hasta una profundidad de 4,2 metros. En los 80 centímetros superiores encontraron principalmente microbios del filo Firmicutes, pero su número disminuyó a medida que aumentaba la profundidad y, por tanto, también aumentaron las cantidades de sales solubles. Los investigadores sospechan que la alta concentración de sal y la mayor escasez de agua también pueden ser responsables de que se detenga la colonización microbiana en la parte inferior de los sedimentos de la playa. En este sentido, sus hallazgos son consistentes con estudios anteriores.

Sin embargo, el equipo de Horstmann y Wagner descubrió una vez más una comunidad microbiana en los depósitos del abanico aluvial por debajo de dos metros. Es más diversa que la comunidad de la superficie y probablemente esté completamente aislada de la superficie. Estaba formado principalmente por bacterias pertenecientes al filo Actinobacteriota, un grupo con miembros especializados que a menudo se encuentran en suelos secos o vírgenes.

Parte superior del perfil paleo. Crédito: D. Wagner, GFZ

La existencia de estos microbios puede estar relacionada con la presencia de yeso vesicular, que puede proporcionar una fuente alternativa de agua al disolverse en anhidrita. Los organismos observados en este estudio pertenecían a especies que pueden utilizar gases traza como el hidrógeno como fuente de energía para utilizar el CO2 como fuente de carbono para su crecimiento.

«En otros estudios se ha sugerido que este tipo de metabolismo, llamado quimiolitoautotrofia, es importante para suelos hiperáridos donde la materia orgánica es extremadamente limitada como fuente de carbono. Por lo tanto, también puede ser esencial para los nichos debajo de las tierras aisladas investigadas en este estudio. estudio», afirma el primer autor Lucas Horstmann.

Resumen y perspectivas: asombrosa biodiversidad del desierto e implicaciones para la vida extraterrestre

Horstmann concluye: «El descubrimiento de esta comunidad subterránea, que florece en los sedimentos del abanico aluvial a una profundidad de dos metros y muestra una diversidad y estabilidad ecológica sorprendentes, desafía la comprensión actual de nuestros ecosistemas desérticos».

Los autores sugieren que esta comunidad podría haber colonizado el suelo hace ya 19.000 años, antes de su entierro a través de depósitos de playa, y plantean la hipótesis de que podría continuar hasta una distancia desconocida, representando una biosfera profunda previamente desconocida bajo suelos desérticos hiperáridos.

«Dada la amplia distribución de las tierras secas en nuestro planeta, la presencia de comunidades potencialmente fijadoras de carbono en suelos subterráneos previamente inexplorados tiene profundas implicaciones no sólo para la biodiversidad en los desiertos, sino también para el ciclo de los elementos a escala global», dice co -autor Dirk Wagner. «Esto indica que hasta ahora se ha subestimado la importancia de estos hábitats. Y destaca la importancia de los hábitats subterráneos para una comprensión integral de los ecosistemas desérticos en el futuro».

Los investigadores destacan que los resultados de este estudio no sólo tienen implicaciones para nuestro planeta Tierra, sino que también son relevantes para los debates en curso sobre la búsqueda de vida en otros planetas: «La presencia de depósitos de yeso en Marte, similar a los encontrados en sedimentos de abanicos aluviales, es de gran interés para la astrobiología. La asociación de estas comunidades subsuperficiales con sustratos de tiza en Atacama puede proporcionar más evidencia de que los depósitos de tiza en Marte no sólo indican la posibilidad de agua líquida en el pasado, sino que también pueden servir como un nicho habitable para la vida microbiana en el presente».

Referencia: «Comunidades microbianas persistentes en hábitats subterráneos hiperáridos del desierto de Atacama: conocimientos a partir del análisis de ADN intracelular» por Lucas Horstmann, Daniel Lipus, Alexander Bartholomäus, Felix Arens, Alessandro Airo, Lars Ganzert, Pedro Zamorano, Dirk Schulze-Makuch y Dirk Wagner , 23 de abril de 2024, Nexo PNAS.
DOI: 10.1093/pnasnexus/pgae123