Il ciclo del carbonio, dell’azoto e dello zolfo svela nicchie microbiche in profondità nella Fossa di Atacama

Vita nel buio profondo

Lontano sotto le onde al largo del nord del Cile, il fondale è freddo, buio e apparentemente sterile. Eppure questi sedimenti ospitano vivaci comunità microbiche che silenziosamente riciclano elementi chiave e contribuiscono a mantenere l’oceano abitabile. Questo studio esplora chi sono quei microbi e come si guadagnano da vivere nelle profondità della regione della Fossa di Atacama, rivelando sia un ecosistema profondo diffuso «alimentato dalla pioggia» sia un’oasi nascosta alimentata dall’energia chimica che fuoriesce dal basso.

Due modi per nutrire un oceano profondo

I ricercatori hanno partecipato a una spedizione nel sistema della Fossa del Perù–Cile, concentrandosi sui sedimenti abissali tra circa 2.400 e 4.000 metri sotto il livello del mare. La maggior parte dei siti campionati era rappresentativa del tipico fondale profondo, dove la vita dipende da una lenta pioggia di «neve marina» – minuscoli frammenti di plancton morto e altri detriti che affondano dalla superficie illuminata dal sole. In questi luoghi, le comunità microbiche risultarono sorprendentemente uniformi su decine di chilometri. Batteri e archei dominavano e si guadagnavano da vivere principalmente degradando questo materiale organico invecchiato, usando ossigeno dove era disponibile e passando ad altre vie metaboliche negli strati più profondi del fango.

Un’oasi chimica sul fondale

Tuttavia un sito si distingueva. A circa 2.800 metri di profondità, il veicolo telecomandato individuò sedimenti più scuri, brillanti tappeti microbici bianchi e banchi di grandi vongole. Questi indizi indicavano un cold seep – un punto dove fluidi ricchi di composti chimici filtrano dal fondale senza il calore di una sorgente idrotermale. Qui, invece di dipendere principalmente dal detrito che cade dall’alto, molti microbi sembravano attingere a composti solforati ridotti che risalgono dal basso come fonte di energia. Il team raccolse carote di sedimento dentro e attorno a questa zona per confrontarne la chimica e la biologia con la pianura circostante.

Indizi scritti in minerali e molecole

In laboratorio i sedimenti raccontarono una storia stratificata. In tutta la regione, granelli di quarzo e altri frammenti rocciosi erano mescolati con i resti frantumati di diatomee provenienti dall’oceano superficiale, confermando il legame con la neve marina. Ma nel sito di seep speciale, il centimetro superiore del sedimento conteneva piccoli cristalli di dolomite e gli strati più profondi erano pieni di minerali di solfuro di ferro come la pirite. Insieme ai livelli elevati di zolfo e ferro, questi minerali suggerivano che i fluidi del seep avevano favorito intensi processi chimici nel fango. Allo stesso tempo, le misure dell’acqua di poro mostravano scarsa presenza di ossigeno e segnali di forte riduzione negli strati più profondi, condizioni ideali per microbi che usano solfato e altri composti al posto dell’ossigeno per «respirare».

Microbi che commerciano in zolfo, non in metano

Il team ha utilizzato la metatrascrittomica, che legge i geni attivamente espressi, per mappare quali microbi facevano cosa. Fuori dal seep, le comunità erano dominate da batteri e archei amanti dell’ossigeno che ossidano ammonio e processano azoto, carbonio e tracce di zolfo. All’interno del seep, i tappeti superficiali brulicavano di batteri ossidanti dello zolfo correlati alle classiche forme filamentose bianche, insieme a vongole che ospitano partner interni che consumano zolfo. A pochi centimetri di profondità la comunità cambiava drasticamente: gli utilizzatori di ossigeno diminuivano e prevalevano specialisti anaerobi, inclusi microbi che riducono il solfato a solfuro, fissano carbonio usando anidride carbonica disciolta e degradano composti organici refrattari. È notevole che gli archei metanotrofi tipici di molti cold seep fossero quasi assenti e i geni chiave per il processamento del metano fossero rari, indicando un sistema alimentato principalmente dallo zolfo più che dal metano.

Cosa ci racconta questo mondo nascosto

Insieme, le evidenze geologiche e genetiche dipingono il quadro di un paesaggio profondo caratterizzato da due modalità di vita intrecciate. La maggior parte del fondale in questa regione ospita comunità che sopravvivono alla lenta decomposizione della neve marina, riciclando carbonio e azoto in modo relativamente stabile. In contrasto, il cold seep funge da oasi localizzata dove l’energia chimica derivante dallo zolfo ridotto sostiene densi tappeti di batteri, vongole e un microbioma subsuperficiale altamente specializzato. La presenza di dolomite in dissoluzione e di abbondante pirite suggerisce che la fuoriuscita di fluidi possa essere stata più intensa in passato, ma anche oggi il ciclo dello zolfo resta vigoroso. Per un osservatore non esperto, il messaggio chiave è che l’oceano profondo non è un deserto uniforme: sottili perdite di energia chimica possono creare habitat distinti, ciascuno con il proprio cast di attori microscopici che modellano silenziosamente i cicli globali del carbonio, dell’azoto e dello zolfo.

Citazione: Arribas Tiemblo, M., Azua-Bustos, A., Sánchez-España, J. et al. Carbon, nitrogen, and sulfur cycling unveil deep-sea microbial niches in the Atacama Trench. Nat Commun 17, 4606 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70869-3

Parole chiave: microbi delle profondità marine, cold seep, ciclo dello zolfo, neve marina, Fossa di Atacama