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livello medio
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ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: FOSSE OCEANICHE
parole chiave: vita degli abissi
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Immaginatevi di essere calati nel buio, in una “scatola” metallica provvista di oblò, sprofondando negli abissi marini. Un’esperienza non da tutti che gli esploratori degli abissi del XXI secolo affrontano con curiosità e coraggio. Questa è la storia di una scienziata cinese, Mengran Du, che all’interno del batiscafo Fendouzhe è scesa oltre i 9,000 metri di profondità, scoprendo un ecosistema abissale rigoglioso con campi di vermi tubolari color rosso sangue. Non si tratta di un oceano marziano ma di un viaggio incredibile nella zona adale, oltre i sei chilometri di profondità nell’oceano. Nel 2024 questa straordinaria oceanografa ed il suo team hanno scoperto l’ecosistema più profondo conosciuto del pianeta, ora descritto in uno studio pubblicato da Nature, Vita chemiosintetica fiorente nelle profondità più alte delle trincee adali.
Mengran Du – Photo Credit: Billy H. C. Kwok per il magazine Nature
9,000 metres under the sea: this researcher found the deepest animal ecosystems on Earth
Mengran Du è una scienziata presso l’Istituto di Scienze e Ingegneria delle Acque Profonde dell’Accademia Cinese delle Scienze di Sanya, Cina, che da anni sfida l’impossibile. Grazie allo studio oggi scenderemo virtualmente in questo mondo oscuro e ostile che, senza molta fantasia, potremmo immaginare di un pianeta lontano.
Scopriamo la zona adale
Le fosse abissali sono tra gli ambienti meno esplorati della Terra dove, nella totale oscurità gli abitanti si sono evoluti sopportando condizioni estreme. Gli oceanografi della missione cinese hanno raccolto un’eccezionale documentazione delle comunità animali che prosperano in due tra le aree più profonde ed estese conosciute, la fossa delle Curili–Kamchatka e quella occidentale delle Aleutine. Le esplorazioni subacquee, della durata media di circa 6 ore, sono state condotte tra il 7 luglio e il 18 agosto 2024 con il batiscafo Fendouzhe, un mezzo di 37 tonnellate dotato di due manipolatori idraulici e sofisticate telecamere Imenco di costruzione norvegese. Costruito in titanio per resistere a pressioni di schiacciamento di circa 1.000 volte la pressione atmosferica a livello del mare /circa 10.000 metri di profondità), il batiscafo può ospitare tre ricercatori.
il batiscafo cinese HOV Fendouzhe, IDSSE, Cina – Autore foto Kareen Schnabel
The chinese submersible Fendouzhe aboard its mother ship Tan Suo Yi Hao.jpg – Wikimedia Commons
Aspetti geologici
Ricorderete come la scoperta delle bocche idrotermali avesse rivelato queste comunità che supportano un biota1 altamente diversificato e abbondante; in quelle aree le comunità sopravvivono grazie alla chemiosintesi0 microbica e sono confinate in aree dove fluidi ricchi di idrogeno solforato e/o metano vengono trasportati lungo le faglie attraversando gli strati sedimentari profondi delle fosse abissali. L’analisi degli idrocarburi nei gas nei sedimenti ha mostrato che il metano costituisce il 100% degli idrocarburi totali, suggerendo un’origine microbica per questo gas. I sedimenti sono tipicamente grigio scuro o nero, colorazione attribuita all’elevato contenuto di solfuro di ferro presente nella matrice sedimentaria. Secondo lo studio, al recupero, i carotaggi dei sedimenti emanavano un odore distintivo di solfuro di idrogeno. La rilevazione di concentrazioni di metano inaspettatamente elevate e il potenziale di formazione di idrati di gas fa presupporre che la riduzione microbica del CO2 dalla materia organica proveniente dalla superficies suggerirebbe quindi l’esistenza di una comunità microbica attiva nei sedimenti.
In estrema sintesi, questi risultati hanno rivelato la complessità del ciclo del carbonio nelle profondità marine ed evidenziato la necessità di integrare questi processi nei modelli globali per migliorare l’accuratezza delle dinamiche del ciclo del carbonio e quindi valutare le risposte ai cambiamenti climatici su scala temporale geologica. Non ultimo, la presenza di idrati di gas metano2 potrebbe aumentarne l’inventario globale.
Da un punto di vista geologico, la Fossa delle Curili–Kamchatka e quella delle Aleutine sono formate dalle interazioni tettoniche tra la placca del Pacifico e quella nordamericana, e si incontrano alla connessione della Transizione Aleutina della Kamchatka. Si tratta di un’area geologicamente molto interessante, con molti siti sismicamente e vulcanicamente attivi. In particolare, la Fossa Curili–Kamchatka si forma dalla subduzione verso nord-ovest della placca del Pacifico sotto la placca di Okhotsk e si estende per circa 2.100 km da Hokkaido a sud fino a nord della penisola della Kamchatka. La sua massima profondità raggiunge circa i 9.578 m. La Fossa delle Aleutine è lunga circa 2.900 km e si estende dalle penisole dell’Alaska e del Kenai nel Nord America fino alla Kamchatka e segna un confine dove la placca del Pacifico scivola verso NW al di sotto di quella del Mare di Bering.
Fig. 1 L’area di studio, situata nel Pacifico nord-occidentale, è delimitata da un rettangolo bianco nell’incast. I punti arancioni rappresentano i siti di immersione dove sono state osservate e campionate comunità basate sulla chemiosintesi e gli incroci indicano siti di immersione privi di tali comunità. I cerchi arancioni aperti delimitano i potenziali siti di fuoriuscita caratterizzati da sedimenti neri. Le frecce bianche illustrano la direzione di subduzione della placca del Pacifico sotto la placca di Okhotsk e la placca del Mar di Bering. Le linee bianche tratteggiate indicano le zone di collegamento transitorie tra la Fossa Curili–Kamchatka e la Fossa delle Aleutine. I dati batimetrici sono stati acquisiti utilizzando il sistema batimetrico multi-fascio KM-EM122 durante la spedizione di ricerca. Barra di scala, 200 km. Credito: mappa creata utilizzando il software Global Mapper 14, con dati di background provenienti da GeoMapApp, sotto licenza CC BY 4.0. – da studio citato
Le comunità animali
La distribuzione delle comunità animali nelle fosse adali è ancora poco nota; prima di questo studio solo due piccole aree di animali filtratori erano state scoperte tramite dei veicoli ROV nella Fossa del Giappone. Inoltre, erano state osservate probabili distribuzioni chemiosintetiche ad una profondità di 10.677 m sul fondo della Fossa delle Marianne. Le indagini del team cinese, con il batiscafo Fendouzhe hanno portato alla scoperta di estese comunità chemiosintetiche a filtrazione fredda in entrambe le fosse (Fig. 1). Secondo lo studio in riferimento, durante un’immersione nella fossa delle Curili–Kamchatka, sono state incontrate per la prima volta vaste popolazioni dominate da anellidi marini sedentari (siboglinidi frenulati) ad una profondità di 9.533 m, in corrispondenza dell’affioramento di una faglia normale3. A seguito di questa scoperta iniziale, sono state eseguite ulteriori immersioni (23) per determinare la distribuzione di queste comunità chemiosintetiche. In particolare, 19 di queste immersioni hanno rivelato la loro proliferazione in una zona distinta lungo il basamento di un prisma di accrezione4, un grande cuneo geologico che si estende per ben 2.500 km lungo le fosse.
Fig. 2: Fauna rappresentativa dei siti di infiltrazione fredda nella Fossa Curili–Kamchatka e nella Fossa delle Aleutine occidentali. a, i policheti a movimento libero Macellicephaloides grandicirra (bianchi; raggiungono 6,5 cm di dimensione) si muovono tra fitte colonie di siboglinidi frenulati, con tubi lunghi 20–30 cm e circa 1 mm di diametro, a 9.532 m a The Deepest. b, Gruppi di siboglinidi frenulati che estendono tentacoli rossi pieni di emoglobina, con piccoli Gastropodi (macchie bianche) sulla sommità dei tubi vicino ai tentacoli, a 9.320 m nella Wintersweet Valley. c, I siboglinidi frenulati strettamente compatti ospitano abbondanti policheti liberi M. grandicirra (bianco) a 9.332 m a Cotton Field. d, Densa aggregazione di bivalvi vesicomidi A. phaseoliformis (che raggiungono i 23 cm di dimensione) nel sedimento, con circa 6–8 cm di valvole esposte e spesso ospitano Actiniaria, a 5.743 m presso il letto di vongole. e, i policheti tubolari Anobothrus sp. e Actiniaria sono dominanti a 6.870 m nelle Aleutian Deepest, con macchie di tappeti microbici bianchi. f, Densa aggregazione di bivalve vesicomidi I. fossajaponicum (raggiungendo 3 cm di dimensione) associata a sedimenti neri e accompagnata da policheti tubari, Anobothrus sp. a 6.928 m nelle Aleutine Deepest. g, Fangose blu scuro circondate da gruppi di siboglinidi frenulati, segnano infiltrazioni di metano a 6.800 m a Blue Marsh. Grandi chiazze di tappeti microbici bianchi simili a neve si estendono per decine di metri, accompagnate da vermi siboglinidi frenulanti a 6.700 m presso l’Icy River. Il nome di ogni flusso di freddo è indicato nell’angolo in basso a sinistra. La distanza tra i fasci laser è di 10 cm. – da studio citato
Come valutazione biologica, le comunità nella Fossa Curili–Kamchatka, ritrovate ad una profondità tra i 7.000 m e i 9.500 m, sembrano essere distinte da quelle della Transizione Aleutina della Kamchatka e della Fossa Occidentale delle Aleutine, dove le profondità sono prevalentemente inferiori a 7.000 m. Nella fossa Curili–Kamchatka, la maggior parte delle comunità è dominata da diverse specie di anellidi (siboglinidi frenulati). Le specie più abbondanti sono rappresentate da Lamellisabella, Polybrachia, Spirobrachia e Zenkevitchiana. In particolare, ad una profondità di 9.120 m, il sito chiamato Wintersweet Valley è risultato abitato prevalentemente da due specie di siboglinidi frenulati (Lamellisabella e Polybrachia – Fig. 2b). Le colonie sono composte da migliaia di individui tubiformi che si estendono fuori dal sedimento, associate a policheti Terebelliformia e numerosi Gasteropodi che si sono stabiliti sui tubi dei siboglinidi, oltre ad una varietà di fauna bentonica tra cui policheti, crinoidi (Bathycrinus), oloturie (Elpidia hanseni) e anfipodi (Princaxelia).
I vermi tubiformi di una sorgente idrotermale del Pacifico (Riftia pachyptila) – Fonte National Undersearch Research Program (NURP) – Autore C. Van Dover (OAR/National Undersea Research Program (NURP); College of William & Mary)
Nur04505.jpg – Wikimedia Commons
A differenza della Fossa delle Curili–Kamchatka, le comunità nella Transizione Aleutina della Kamchatka sono caratterizzate da un’elevata abbondanza di due specie di vongole (Abyssogena phaseoliformis e Isorropodon fossajaponicum). Le comunità della Fossa Occidentale delle Aleutine sono invece dominate da Bivalvi e Siboglinidi (principalmente ai margini delle aree con aggregazioni di bivalvi), distribuite discontinuamente lungo un tratto di 5 km di una faglia normale subdotta a circa 6.900 metri di profondità.
a. Modello geologico schematico che presenta la vista della sezione trasversale della placca subdotta e della placca sovrastante lungo la fossa, come indicato dai dati di indagine sismica 18 da queste zone. Le frecce verde chiaro rappresentano la migrazione della materia organica nella fossa, comprendendo sia movimenti verso il basso che laterali. La freccia bianca indica la direzione della subduzione, mentre la linea tratteggiata indica l’asse della fossa, che è quasi parallelo alla zona striata delle infiltrazioni fredde. Triangoli neri puntano verso l’asse della fossa. Si noti la prevalenza di faglie normali sviluppate nella piastra subduente. b. Vista dettagliata dell’area delimitata dal rettangolo nero in a che mostra la formazione di idrati di gas negli strati sedimentari profondi. I fluidi ricchi di metano migrano orizzontalmente verso il cuneo di accrescimento a causa delle forze di compressione associate alla subduzione. Le faglie normali sul bordo d’attacco del cuneo di accrescimento creano un percorso che facilita la migrazione verso l’alto dei fluidi. Figura creata utilizzando dati di localizzazione precedentemente pubblicati18 di faglie di flessione subduttive – Fig. 4 da studio citato
Secondo lo studio, la composizione e struttura delle comunità studiate mostrano una marcata irregolarità che si osserva non solo nelle singole fosse alle diverse profondità ma anche tra fosse differenti; ciò suggerisce la presenza di un sistema connesso di habitat nella zona adale del Pacifico settentrionale che potrebbero estendersi ancora più a sud fino alle fosse del Giappone e delle Marianne.
Metodologia
Gli esemplari raccolti in ogni immersione, dopo l’emersione del batiscafo, sono stati prontamente trasferiti al laboratorio di bordo e poi suddivisi nei principali gruppi tassonomici tramite un’iniziale ispezione visiva poi confermata dall’analisi stereo microscopica. Ogni organismo è stato conteggiato e conservato in etanolo al 95% pre-raffreddato, non denaturato, oppure in una soluzione di formaldeide tamponata al 4%. La valutazione visiva dell’identificazione delle specie e della loro densità è stata effettuata sulla base dell’analisi dei filmati registrati dalle due telecamere ad alta definizione in dotazione. In particolare, per ogni immersione, sono stati selezionati dai filmati video tra tre e dieci fermi immagini rappresentativi. L’area di ciascuna immagine è stata stimata proiettando due punti laser paralleli distanti 10 cm sul fondale marino per ottenere un riferimento spaziale affidabile per calcolare l’area catturata in ogni immagine. Un quadrato standardizzato (ad esempio, 50 × 50 cm) veniva disegnato vicino ai punti laser usando questa scala laser come riferimento nell’immagine. L’area calcolata veniva quindi convertita in metri quadrati per i calcoli standardizzati della densità che veniva utilizzata per calcolare la densità faunistica media. In pratica applicando la tecnica del quadrato.
Concludendo, la missione condotta da Mengran Du e il suo team di ricercatori può essere considerata un notevole passo per scoprire i misteri degli abissi. Al di là degli aspetti biologici e geologici, le esperienze maturate in questi ambienti estremi non solo potranno essere applicate nelle future missioni spaziali verso i pianeti più lontani del nostro sistema solare ma avranno una ricaduta nell’ambito della medicina. I misteri dell’adattamento di questi animali nell’ambiente adale potrebbero infatti fornirci nuove conoscenze nel campo della medicina e della genetica.
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Riferimento
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09317-z
Note
0 Secondo la chemiosintesi, la vita potrebbe essere nata da semplici composti chimici, presenti nel brodo primordiale, che reagirono tra loro, nella totale oscurità, dando origine a molecole organiche sempre più complesse fino a dare origine ai primi organismi unicellulari e poi a forme di vita sempre più complesse. Questa teoria si oppone all’idea che la formazione della vita sulla Terra abbia avuto origine da processi fotosintetici e trova conferma sulla scoperta di questi esseri viventi nelle estreme profondità dei mari.
1 Il biota comprende tutti gli organismi viventi che abitano in una determinata zona e include l’insieme completo di specie all’interno di un particolare ambiente, inclusi i microrganismi. La dimensione di un biota può variare a seconda dei fattori ambientali e della disponibilità di risorse.
2 gli idrati di metano, composti cristallini simili al ghiaccio che si formano al contatto tra acqua e piccole molecole gassose in condizioni di temperatura prossime a 0° e ad alte pressioni, rappresentano una possibile risorsa futura di energia. Attualmente, le principali problematiche per il loro utilizzo sono: l’instabilità dei versanti sottomarini e l’immissione in atmosfera di gas metano proveniente dalla dissociazione degli idrati, cosa che potrebbe contribuire all’effetto serra. Oltre che negli abissi, essi sono presenti nella geosfera più superficiale (fino a 2 km) nei margini continentali all’interno delle sequenze sedimentarie e nel permafrost delle regioni polari.
3 Una faglia normale è una frattura della crosta terrestre in cui il blocco di roccia superiore, noto come “tetto”, scivola verso il basso rispetto al blocco inferiore, chiamato “letto”. Questo tipo di faglia si forma principalmente in contesti di distensione, dove le forze orizzontali allontanano i due blocchi di roccia.
4 Un prisma di accrezione (o cuneo di accrezione) è una struttura geologica di forma prismatica o cuneiforme, di origine sedimentaria che si forma sulla placca tettonica non subducente di un margine convergente
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