Roba che scotta in fondo all oceano Understand article

Tradotto da Paolo Sudiro. Come si formano i fossili intorno ai condotti idrotermali? Crispin Little descrive come lui e il suo gruppo lo hanno scoperto – facendo i loro stessi fossili.

Alvin nel 1978, un anno dopo
la prima esplorazione di
condotti idrotermali

Immagine gentilmente
concessa da OAR / National
Undersea Research Program
(NURP); Woods Hole
Oceanographic Institution

La ricerca sui fondali marini profondi è un’impresa complessa. Richiede equipaggiamenti specializzati come il famoso sommergibile con equipaggio Alvin e navi oceanografiche molto costose, capaci di operare lontano dalla terra ferma per lunghi periodi di tempo. Le difficoltà possono anche non essere solo tecniche – ad esempio guasti ai motori della nave o l’intreccio dei cavi dei sommergibili – ma dovute a fattori impossibili da controllare: il cattivo tempo ha mandato all’aria più di una ben pianificata crociera di ricerca.

Lavorare sulle dorsali medio-oceaniche è ancora più difficile, perché sono tra le aree più geologicamente attive del pianeta. Qui, nuova crosta oceanica viene prodotta dalla lava eruttata sul fondo oceanico, accompagnata da forti terremoti (vedi Searle, 2009). Non solo, le dorsali sono anche la sede di intensa attività idrotermale, con fluidi estremamente acidi alla temperatura di 370 °C che vengono espulsi da torreggianti camini minerali sul fondo del mare. A queste profondità, l’alta pressione innalza talmente il punto di ebollizione dell’acqua da mantenerla liquida anche a queste temperature.

Questo ambiente difficile è stato la sede del nostro progetto per studiare la fossilizzazione nei condotti idrotermali di mare profondo. Ed effettivamente i nostri timori sono stati tutti confermati quando abbiamo perso un intero assortimento di attrezzature sperimentali durante un’importante eruzione vulcanica agli inizi dell’esperimento.

Alcuni degli animali
dominanti trovati vicino ai
condotti sulla Dorsale del
Pacifico Orientale: vermi
tubiformi vestimentiferi,
pesci dei condotti e granchi
dei condotti. L’acqua brillante
verso la parte alta
dell’immagine è un flusso
diffuso di fluido idrotermale

Immagine gentilmente
concessa da Crispin Little

Perché siamo interessati alla fossilizzazione nei condotti idrotermali di mare profondo? Lo scopo dello studio era quello di comprendere meglio la storia evolutiva delle straordinarie comunità di animali che vivono solo in prossimità dei condotti idrotermali. Scoperti la prima volta nel 1979 sulla Dorsale delle Galapagos, queste comunità hanno cambiato radicalmente la nostra visione della diversità della vita nel mare profondo, in parte perché la loro fonte primaria di energia non è la luce del sole, ma l’energia geochimica dalle rocce calde. Il composto principale nei fluidi espulsi è l’idrogeno solforato, e molti animali dei condotti, compresi vermi tubiformi giganti (vestimentiferi), mitili e vongole dei condotti, dipendono per il cibo da batteri simbiotici che vivono ossidando questo solfuro.

Questa dipendenza dall’energia geochimica piuttosto che solare può avere protetto le comunità dei condotti da importanti eventi ambientali, come le estinzioni di massa e il cambiamento climatico globale che ha influenzato i contemporanei ecosistemi basati sulla fotosintesi. Perciò, la storia evolutiva della fauna dei condotti è probabilmente molto diversa da quella degli altri biomi marini.

Campionamento di mitili e
granchi di un condotto
utilizzando imanipolatori di
Alvin

Immagine gentilmente
concessa da Crispin Little

L’unica evidenza diretta di questa storia viene dalla documentazione fossile; che, tuttavia, attualmente è scarsa, con solo 25 esempi noti per gli ultimi 550 milioni di anni, e ci sono domande fondamentali sul perché le cose stiano in questo modo. Ad esempio, perché alcuni antichi condotti idrotermali contengono fossili, mentre altri nelle stesse condizioni di preservazione non ne hanno? Ci sono anche importanti gruppi di animali, come granchi e gamberi, che sono abbondanti nei condotti moderni ma che non compaiono nella documentazione dei condotti fossili. Perché è accaduto questo? È un caso di preservazione incompleta, o questi gruppi non erano presenti nelle aree dei condotti idrotermali del passato?

Per scoprirlo, abbiamo deciso di indagare come gli animali dei condotti idrotermali di mare profondo attuali (molluschi, crostacei e vermi tubiformi – sia vestimentiferi che policheti) si sono fossilizzati presso i condotti. Per fare questo abbiamo scelto un’area della Dorsale del Pacifico Orientale, 500 miglia nautiche a sud del Messico, dove gli scienziati stanno studiando i condotti da due decenni.

Alvin viene lanciato dalla
nave da ricerca Atlantis

Immagine gentilmente
concessa da Dr Peter Auster,
NOAA / OAR / OER /
Mountains in the Sea
Expedition 2003

In collaborazione con colleghi della Woods Hole Oceanographic Institution e dell’Università del New Hampshire, negli Stati Uniti, pensavamo di utilizzare Alvin per trasportare identici assortimenti di materiali sperimentali specificatamente progettati su differenti condotti idrotermali in tre diversi microhabitat: gli habitat dei “fumacchi neri” idrotermali di alta temperatura (fino a 370 °C), siti di “flusso diffuso” dove si mescolano fluidi caldi e acqua di mare (a 10-40 °C, che sono le condizioni in cui vive la maggior parte degli animali) ed in un sito di controllo lontano da condotti attivi (3 °C).

Abbiamo recuperato questo materiale sperimentale ad intervalli di circa un anno per riportarli in Gran Bretagna per studio. Le attrezzature sperimentali erano formate da gabbie identiche in rete di titanio, all’interno delle quali avevamo fissato vari materiali di controllo e di substrati biologici: tubi disseccati di vestimentiferi, conchiglie di mitili e vongole dei condotti, conchiglie di littorine e carapaci di gamberi tigre.

Crispin Little torna sul ponte
della nave da ricerca Atlantis
dopo la sua prima
immersione a bordo di Alvin
nel dicembre 2007. Venire
inzuppato di acqua di mare
gelida è normale. Durante
l’immersione lui ed i suoi
colleghi hanno collocato una
nuova serie di gabbie di
fossilizzazione sul sito di un
condotto; queste vennero
recuperate successivamente
circa un anno dopo

Immagine gentilmente
concessa da Crispin Little

Abbiamo disposto le prime gabbie di fossilizzazione in due siti nel maggio 2005. Sfortunatamente tutto il nostro duro lavoro si è risolto in nulla – le gabbie (insieme con tutto il materiale di altri gruppi di ricerca) è stato distrutto verso la fine del 2005 da un’importante evento vulcanico nell’area dei condotti, durante il quale si è stimato che siano stati eruttati 22 milioni di metri cubi di lava. Probabilmente le nostre gabbie sono ancora lì, ma coperte da diversi metri di basalto!

Così abbiamo dovuto ricominciare il progetto da capo, costruendo nuove gabbie e negoziando il tempo-nave con i nostri colleghi americani. Fortunatamente, da allora abbiamo avuto un grande successo. Nel novembre 2006 e dicembre 2007 abbiamo collocato nuovi gruppi di gabbie di fosslizzazione in due diversi siti di condotti e le abbiamo recuperate dopo 373 e 319 giorni rispettivamente. I risultati sono stati molto interessanti e ci hanno fatto progredire molto nella comprensione della fossilizazione sui condotti idrotermali. Per esempio, ora sappiamo che la fossilizzazione dipende molto dal punto esatto in cui i resti sono collocati intorno al condotto.

Nei nostri esperimenti, la fossilizzazione per crescita di solfuri sul materiale biologico (tubi di vestimentiferi e gusci di littorine, mitili e vongole) avveniva solo nelle aree di alta temperatura dei condotti, o dove i condotti cambiavano nel tempo – per esempio dove nel corso dell’esperimento un condotto a flusso diffuso si trasformava in un fumacchio nero. La mineralizzazione a solfuri di solito non avveniva nei siti di flusso diffuso, sebbene qui le conchiglie dei molluschi subissero una considerevole dissoluzione, o nelle aree di controllo lontane da condotti attivi. Possiamo quindi dedurne che i fossili trovati in antichi depositi di condotti preservano solo parte delle comunità che vivevano nelle aree di più alta temperatura intorno ai condotti.

Crispin Little estrae una
coppia di gabbie di
fossilizzazione dal cesto di
raccolta dell’Alvin (la pinza
dell’Alvin è visibile sulla
destra) recuperate da fondali
marini a 2.5 km di
profondità. Dopo circa un
anno passato nei fluidi di un
condotto ad alta temperatua,
sulle gabbie è cresciuto un
camino di pirite

Immagine gentilmente
concessa da Crispin Little

Noi abbiamo scoperto che le conchiglie dei molluschi ed i tubi agiscono come semplici substrati per la crescita di pirite (solfuro di idrogeno) e che la mineralizzazione avviene sia sulle conchiglie che si tubi. Questo è esattamente ciò che potremmo aspettarci in base alla preservazione dei fossili in depositi di antichi condotti.

Abbiamo anche scoperto che l’apparente fossilizzazione preferenziale dei tubi dei vermi e delle conchiglie dei molluschi è un problema reale e riflette la facilità o meno con cui diversi substrati biologici resistono alla dissoluzione nell’ambiente dei condotti, che li mette in condizioni di alta pressione e li espone a fluidi acidi e caldi. Perciò nessun carapace di gamberi si è preservato in alcuna delle gabbie, incluse quelle dai siti di controllo lontani dai condotti attivi. I tubi dei vestimentiferi, al contrario, si sono dimostrati abbastanza resistenti alla degradazione da potersi fossilizzare.

Alvin scende alla sua
massima profondità di 4000
m (la profondità media
dell’oceano è di 3800 m)

Immagine gentilmente
concessa da OAR / National
Undersea Research Program
(NURP); Woods Hole
Oceanographic Institution

Il rivestimento organico delle conchiglie dei molluschi, chiamato periostraco, le protegge abbastanza dalla dissoluzione e aumenta la probabilità che le conchiglie con spessi strati di periostraco vengano preservate come fossili dei condotti, in particolare perché il periostraco stesso può venire mineralizzato. Se ne deduce che anche crostacei come granchi e gamberi erano presenti nei condotti idrotermali del passato, ma semplicemente non si sono preservati.

I nostri risultati concordano con le osservazioni eseguite sui condotti antichi e ci aiutano ad interpretare meglio la documentazione fossile delle associazioni dei condotti antichi. Per questo motivo, ora noi conosciamo meglio come si è evoluta la fauna dei condotti, poiché adesso comprendiamo in che modo gli organismi vengono preservati in questi ambienti, incluse le modalità estremamente rapide della loro fossilizzazione – meno di un anno.

Comunque, poiché la fossilizzazione nei siti dei condotti avviene così rapidamente, non abbiamo ancora completamente compreso gli stadi iniziali della mineralizzazione di conchiglie e tubi da parte della pirite ed ulteriori esperimenti futuri dovrebbero avere una durata minore – dell’ordine di pochi mesi. Tempo nave e posti nei sommergibili permettendo.

Ringraziamenti

Questo articolo è stato publicato inizialmente su Planet Earth, una rivista gratuita di scienze ambientali e naturali, pubblicata dal Consiglio Britannico delle Ricerche sull’Ambiente Naturale. Vedi Little (2009).

Per abbonarsi a Planet Earth, mandate un’email a requests@nerc.ac.uk.

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References

Author(s)

Il Dr Crispin Little è Senior Lecturer presso la Scuola della Terra e dell’Ambiente dell’Università di Leeds, Gran Bretagna.


Review

Questo è un eccellente articolo che descrive il procedimento dell’indagine scientifica nelle condizioni ambientali estreme dei condotti idrotermali. Adeguato per studenti dai 12 ai 18 anni, potrebbe essere utilizzato in lezioni di biologia degli ambienti estremi, adattamento, vita nello spazio o risorse minerarie. Per esempio, potrebbe essere utilizzato per discutere della probabilità dell’esistenza della vita su altri pianeti.

Possibili domande di verifica includono:

  1. Che tipo di organismi si trovano in prossimità dei condotti di mare profondo?
  2. Come possono sopravvivere gli organismi a queste profondità senza luce solare?
  3. Che cosa mangiano questi organismi?
  4. Che tipo di minerali si trovano vicino ai condotti idrotermali?

L’aspetto multidisciplinare di questa ricerca rende l’articolo estremamente utile quando si discute su come funziona davvero la scienza.


Eric Demoncheaux, GB




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