Comunità microbiche e potenziale di biomineralizzazione nel permafrost di montagna della grotta di ghiaccio Devaux nei Pirenei centrali

Vita nascosta in un mondo che scompare

In alto nei Pirenei centrali, una poco conosciuta grotta di ghiaccio chiamata Devaux si sta lentamente riducendo con il riscaldamento climatico. All’interno di questa cavità congelata, gli scienziati hanno scoperto ricche comunità microbiche che vivono in ghiaccio che può avere migliaia di anni. Questi minuscoli abitanti non solo sopravvivono al freddo permanente e all’oscurità; possono anche contribuire alla formazione di delicate strutture minerali che registrano il clima passato. Capire come funziona questo ecosistema nascosto può aiutarci a prevedere il futuro del permafrost montano, offrire indizi sulla vita in altri ambienti estremi e perfino ispirare nuovi modi di utilizzare i microbi in applicazioni tecnologiche.

La grotta dei tre tipi di ghiaccio

La grotta Devaux si trova poco sotto l’altitudine in cui le temperature dell’aria si mantengono intorno allo zero tutto l’anno. Il suo interno è suddiviso in zone distinte: acqua di fiume corrente e acqua gocciolante vicino all’ingresso, ghiaccio stagionale che si scioglie e ricongela ogni anno, e corpi più profondi di ghiaccio perenne che persistono di anno in anno. I ricercatori hanno campionato tutti e tre gli habitat—acqua liquida, ghiaccio stagionale e ghiaccio di lunga durata—per confrontarne la chimica e le comunità viventi. Hanno rilevato che lo stato fisico dell’acqua, liquido o congelato, è il principale fattore che separa i campioni: l’acqua di fiume e le gocce liquide risultano chimicamente distinte rispetto al ghiaccio, soprattutto nel contenuto di carbonio e degli ioni principali, confermando che ogni parte della grotta offre un ambiente diverso per la vita.

Minerali strani plasmati dai microbi

La grotta Devaux ospita una serie di minerali insoliti chiamati carbonati da grotta criogenici, che si formano quando l’acqua congela e forza le sostanze disciolte in piccole sacche di liquido residuo. Man mano che questa salamoia diventa più concentrata, si cristallizzano minerali come calcite, aragonite, vaterite, calcite ricche di magnesio e nesquehonite. Con microscopi elettronici ad alta risoluzione, il team ha osservato strutture carbonatiche globulari e a aghi che somigliano molto a forme minerali note in altre grotte e influenzate dai microbi. Strati di muco microbico e superfici cellulari possono fungere da impalcature dove i cristalli minerali nucleano e crescono, specialmente in condizioni debolmente alcaline ricche di calcio e magnesio. Queste osservazioni suggeriscono che i minerali di Devaux non sono solo il prodotto del semplice congelamento, ma anche di attività biologica.

Comunità che prosperano nel freddo e nell’oscurità

Per capire chi vive in questo habitat ghiacciato, gli scienziati hanno sequenziato marcatori genetici di batteri, archei e microeucarioti (inclusi funghi e alghe). Hanno rilevato più di 9.000 varianti genetiche distinte, dominate da batteri come Proteobacteria, Actinobacteria e Patescibacteria—gruppi comunemente presenti in ambienti freddi e poveri di nutrienti. L’acqua liquida e il ghiaccio stagionale vicino all’ingresso contenevano più organismi che amano la luce, incluse cianobatteri e alghe verdi, coerentemente con la loro esposizione occasionale alla luce solare. Al contrario, il ghiaccio perenne più profondo era arricchito di microbi adattati all’oscurità e alla scarsità, inclusi generi come Lysobacter che possono degradare materia organica complessa. Anche generi fungini come Penicillium e Cladosporium erano abbondanti, probabilmente impegnati a riciclare le piccole quantità di materiale organico disponibili. Notevolmente, oltre la metà delle sequenze eucariotiche non è stata associata a organismi noti, evidenziando un ampio serbatoio di “materia microbica oscura” ancora da descrivere.

Trucchi metabolici che costruiscono minerali

Oltre a catalogare le specie, il team ha utilizzato sia indagini mirate di geni sia il sequenziamento metagenomico completo per dedurre cosa potrebbero fare questi microbi. Nel ghiaccio perenne hanno trovato geni legati alla fissazione del carbonio, alla fermentazione, al metabolismo del metano e al ciclo dell’azoto e dello zolfo—tutti aspetti chiave della chimica nascosta della grotta. Crucialmente, hanno identificato geni per enzimi noti per favorire la formazione di minerali: ureasi e amminoliasi che innalzano localmente il pH, e anidrasi carbonica che accelera la conversione dell’anidride carbonica in ioni carbonato. Hanno anche rilevato vie per la riduzione di nitrati e solfati, processi che possono modificare la chimica dell’acqua e favorire la precipitazione di carbonati e solfati. Sebbene l’abbondanza di questi geni sia bassa e non sia stata misurata un’attività diretta, la loro presenza, insieme alle forme minerali osservate al microscopio, supporta fortemente l’idea che i microbi di Devaux contribuiscano a guidare la precipitazione minerale indotta da batteri su scale temporali lunghe.

Perché questi microbi ghiacciati contano

La grotta Devaux mostra che anche in blocchi di ghiaccio montano apparentemente privi di vita, comunità microbiche complesse sopravvivono e rimodellano sottilmente l’ambiente circostante. Ciascun habitat—acqua corrente, ghiaccio stagionale e ghiaccio perenne antico—ospita la propria miscela di organismi e condizioni chimiche, e insieme influenzano quali minerali si formano e come crescono. Per i non specialisti, il messaggio chiave è che i microbi possono agire come silenziosi ingegneri del mondo sotterraneo, lasciando “impronte” minerali che registrano condizioni passate. Mentre il permafrost e le grotte di ghiaccio si riducono a causa del cambiamento climatico, studi come questo catturano un archivio in via di scomparsa sia della storia climatica sia della diversità biologica, offrendo al contempo analoghi per ambienti ghiacciati su altri pianeti e lune dove simili partnership microbo–minerale potrebbero un giorno essere trovate.

Citazione: Muñoz-Hisado, V., Bartolomé, M., Osácar, M.C. et al. Microbial communities and biomineralization potential within mountain permafrost of the Devaux ice cave in the Central Pyrenees. Sci Rep 16, 6232 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37305-4

Parole chiave: grotte di ghiaccio, vita microbica, biomineralizzazione, permafrost, minerali criogenici