Prove di metabolismi anaerobici diversificati in sedimenti detritici marini di 3,7 miliardi di anni fa

Indizi antichi per le prime forme di vita sulla Terra

Profondo nella roccia madre della Groenlandia si trova una capsula del tempo di più di 3,7 miliardi di anni fa: rocce che conservano alcune delle tracce più antiche di vita conosciute sulla Terra. Questo studio pone una domanda apparentemente semplice ma dalle grandi implicazioni: quelle prime comunità di fondale marino usavano già una varietà di strategie di “respirazione” prive di ossigeno, simili a quelle dei microbi che vivono oggi nei fanghi e nei sedimenti? La risposta aiuta a capire quanto rapidamente la vita si sia diversificata, come abbia plasmato gli oceani e l’atmosfera del giovane pianeta e quali tipi di biofirme potremmo cercare su altri mondi.

Un fondale tranquillo, ricco di detriti biologici

Le rocce esaminate provengono dall’Isua Supracrustal Belt nel sud-ovest della Groenlandia, uno dei frammenti di crosta terrestre più antichi ancora conservati. All’epoca questa zona era un bacino marino profondo e tranquillo dove particelle fini scendevano lentamente dall’oceano superficiale, accumulandosi in sedimenti sottili e leggermente stratificati. Periodicamente, valanghe sottomarine di materiale più grossolano, chiamate torbiditi, si riversavano dalla terra emersa vicina. Questi sedimenti sono ricchi di particelle carboniose antiche, ora trasformate in grafite, che studi precedenti avevano collegato a microbi fotosintetici dell’oceano superficiale. In altre parole, il fondale qui era costantemente cosparso dei resti di una biosfera primordiale sorprendentemente produttiva.

Respirare senza ossigeno: ferro e metano in gioco

Oggi gran parte della materia organica che raggiunge il fondale viene degradato da microbi che “respirano” ossigeno. Ma quando l’ossigeno scarseggia, i microbi passano ad altri partner chimici, come nitrato, ferro o solfato. Gli autori hanno misurato i rapporti degli isotopi del carbonio nei sedimenti di Isua per capire come quella materia organica antica fosse stata trasformata. Hanno trovato firme di carbonio insolitamente leggere in alcuni strati—più leggere di quanto ci si aspetterebbe da una semplice fotosintesi. Questo schema è coerente con la degradazione della materia organica e del metano nel fondale da parte di microbi anaerobi. Negli strati dove il ferro era particolarmente abbondante, i valori di carbonio più leggeri corrispondevano ad alti rapporti ferro/carbonio, indicando la presenza di microbi che usavano il ferro ossidato come principale “sostituto dell’ossigeno”, riducendolo mentre consumavano composti organici.

Tracce di zolfo del lavoro microbico invisibile

Il ferro non era l’unico protagonista. Il team ha anche studiato minuscoli grani di minerali solfuro, come la pirrotina e la pirite, che si trovano principalmente negli strati pelagici fini e ricchi di carbonio, non nelle torbiditi più grossolane. Le texture petrografiche—come sottili bande di solfuro lungo i piani di stratificazione e noduli concentrici di pirite—suggeriscono che i minerali contenenti zolfo si siano formati precocemente, all’interno dei sedimenti, mentre fluidi reattivi vi circolavano. Utilizzando misurazioni precise degli isotopi dello zolfo su singoli grani, i ricercatori hanno mostrato che la maggior parte dello zolfo portava un’impronta atmosferica distinta, avendo avuto origine come zolfo elementare e solfato prodotto quando la luce solare dissociava l’anidride solforosa nell’aria anossica primordiale. I modelli isotopici indicano che i microbi probabilmente hanno ridotto questo zolfo elementare e, talvolta, hanno ridotto anche un piccolo stock locale di solfato marino rifornito periodicamente, producendo idrogeno solforato che poi ha reagito con il ferro formando minerali solfuro.

Un paesaggio stratificato di nicchie microbiche nascoste

Combinando isotopi del carbonio e dello zolfo con profili di concentrazione del ferro e texture minerali, lo studio ricostruisce un paesaggio chimico dinamico sotto il fondale antico. Strati ricchi di ferro e strati ricchi di materia organica si trovavano spesso vicini, creando micro-ambienti in cui diverse strategie metaboliche potevano prosperare fianco a fianco. Dove il ferro ferrico era abbondante, sembrano aver dominato i microbi riduttori del ferro. In zone con accumulo sedimentario più lento e maggiore scambio di fluidi, la respirazione basata sullo zolfo e la riduzione quasi completa dello scarso solfato divennero più importanti. Il metano, prodotto in profondità da fermentatori e metanogeni, probabilmente filtrava verso l’alto ed è stato consumato da altri microbi che utilizzavano ferro o zolfo come ossidanti, rendendo ancora più leggere le firme isotopiche del carbonio.

Cosa significa per la storia della vita primordiale

Per un non specialista, il messaggio principale è che 3,7 miliardi di anni fa il fondale marino terrestre non era un ecosistema semplice a percorso unico. Piuttosto, ospitava già una rete di comunità microbiche interagenti capaci di sfruttare ferro, zolfo elementare e solfato per vivere senza ossigeno, riciclando materia organica e metano. Questi risultati spostano l’emergere di metabolismi microbici complessi e diversificati molto indietro nella storia della Terra. Ciò suggerisce che, una volta che la vita ha messo radici, si è rapidamente dotata di un set di strumenti per sfruttare un’ampia gamma di fonti di energia chimica—un’idea incoraggiante per la ricerca di vita in rocce antiche sulla Terra e su altri pianeti.

Citazione: Boyd, A.J., Harding, M.A.R., Bell, E.A. et al. Evidence for diverse anaerobic metabolisms in 3.7-billion-year-old marine detrital sediments. Commun Earth Environ 7, 166 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03188-6

Parole chiave: vita nella Terra primordiale, microbi antichi del fondale marino, respirazione anaerobica, cicli del ferro e dello zolfo, Isua Supracrustal Belt