La scoperta di ossigeno oscuro in una pianura abissale sul fondale oceanico ha suscitato grande interesse. Questa fonte di ossigeno potrebbe sostenere la vita nelle profondità oceaniche? E se può, cosa significa per luoghi come Encélado ed Europa? Cosa implica per la nostra idea di abitabilità?
L’ossigeno è fondamentale per la vita complessa sulla Terra, dove la fotosintesi genera la maggior parte di esso. La Grande Ossidazione (GOE), avvenuta circa 2,5 miliardi di anni fa, ha portato allo sviluppo di forme di vita complesse, cambiando per sempre il nostro pianeta. Nella GOE, l’ossigeno è stato prodotto da organismi viventi. Le nostre idee sull’abitabilità si basano sulla vicinanza di un pianeta alla sua stella, in parte perché sappiamo che il Sole favorisce la vita sulla Terra consentendo all’acqua di rimanere liquida e fornendo energia agli organismi. Tuttavia, l’ossigeno oscuro presente sul fondale oceanico è esclusivamente abiogenico, il che significa che nella sua produzione non è coinvolta alcuna forma di vita e non c’è coinvolgimento della luce solare.
Negli ultimi anni, abbiamo appreso che altri corpi del Sistema Solare, ben oltre la zona abitabile circumstellare, potrebbero essere abitabili. Le lune oceaniche ghiacciate di Europa, Ganimede ed Encelado potrebbero ospitare vasti oceani caldi sotto fredde calotte di ghiaccio. Se la Terra produce ossigeno oscuro sui suoi fondali oceanici, forse anche questi mondi lo fanno.
Nuove ricerche esaminano l’ossigeno oscuro della Terra e ciò che potrebbe significare per la biologia qui e su altri mondi. Si intitola “Abitanti delle Profondità: Conseguenze Biologiche dell’Ossigeno Oscuro.” La ricerca è attualmente in attesa di revisione tra pari. L’ossigeno oscuro proviene da depositi metallici chiamati nodi polimetallici. Questi nodi generano abbastanza elettricità per attivare l’elettrolisi, che separa le molecole d’acqua e rilascia ossigeno. La quantità di ossigeno non è enorme, ma è presente ed è misurabile.
“La recente e sorprendente possibile rilevazione di fonti di ‘ossigeno oscuro’ (ossigeno dark O2) sul fondale oceanico abissale nel Pacifico a ~4 km di profondità solleva lo scenario intrigante che forme di vita complesse (cioè simili agli animali) potrebbero esistere in ambienti subacquei privi di fotosintesi ossidante”, scrivono gli autori.
La quantità di ossigeno oscuro nell’oceano è ridotta, il che limita le dimensioni degli organismi. Gli organismi utilizzano l’ossigeno attraverso la diffusione e la circolazione, e i livelli di ossigeno pongono vincoli sulle dimensioni di entrambi i tipi. La diffusione è un processo semplice in cui nutrienti, rifiuti e acqua si diffondono attraverso alcuni strati di tessuto. La circolazione è più complessa e coinvolge un cuore che pompa fluidi alle cellule di un organismo, fornendo nutrienti e rimuovendo rifiuti. La quantità di ossigeno ambientale pone limiti alle dimensioni di entrambi i tipi di organismi.
“Le dimensioni massime raggiungibili da organismi unicellulari o multicellulari idealizzati (cioè vincolati da processi di diffusione interni o esterni) per le concentrazioni stimate di ossigeno oscuro potrebbero essere circa 0,1–1 mm”, scrivono gli autori. Per gli animali con sistemi circolatori, il limite superiore di dimensioni è maggiore ma rimane comunque limitato.
“Al contrario, il limite di dimensione superiore per gli organismi con sistemi di circolazione interni per la distribuzione dell’ossigeno potrebbe variare da circa 0,1 cm a circa 10 cm, con quest’ultimo valore che rientra nella categoria della ‘megafauna’”, spiegano i ricercatori.
Oltre alle dimensioni degli organismi individuali, c’è anche la densità di biomassa complessiva. In uno scenario ottimistico, i ricercatori segnalano che la densità di biomassa potrebbe superare quella riportata. “In circostanze ottimistiche, le densità di biomassa potrebbero raggiungere valori fino a ~ 3–30 g m?2, superando in linea di principio le densità macrofaunali riportate a profondità di ~ 4 km in indagini globali sui fondali marini”, scrivono gli autori.
Questo lavoro suscita una moltitudine di domande. Sappiamo che i microrganismi nelle acque sotterranee utilizzano ossigeno oscuro. Quali tipi di microrganismi si sono adattati a questi ambienti di ossigeno oscuro oceanico? Cosa permette loro di vivere lì? Organismi più grandi si sono adattati a questi ambienti? Gli organismi di questi ambienti hanno avuto un ruolo nell’evoluzione della vita sulla Terra?
La scoperta ci spinge anche a considerare le implicazioni per l’astrobiologia. Sulla Terra, le pianure abissali rappresentano circa il 70% del fondale oceanico, rendendole il più grande ecosistema terrestre. Anche con una bassa densità di biomassa, la regione è significativa.
Questo campione di un bacino oceanico mostra la relazione della pianura abissale a una risalita continentale e a un trench oceanico. Sulla Terra, il 70% del fondo marino è rappresentato da pianure abissali, rendendolo il più grande ecosistema del pianeta. Credito immagine: Di Chris_huh – Lavoro personale, Pubblico Dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1812130
Nel considerare l’abitabilità delle lune oceaniche, siamo svantaggiati. Non sappiamo come sono i fondali marini di questi corpi. Infatti, nonostante tutto l’entusiasmo, non sappiamo nemmeno con certezza se queste lune abbiano oceani. Non sappiamo nemmeno se gli oceani, se esistono, possano produrre nodi polimetallici che generano ossigeno oscuro.
Tuttavia, ci sono altri modi in cui l’ossigeno oscuro può essere generato senza nodi. Uno di essi è la radiolisi.
La radiolisi è la scissione di molecole mediante radiazioni ionizzanti, e ce n’è abbondanza nei pressi di Giove. Le sonde spaziali hanno avvistato O2 intrappolato in bolle su Europa, Ganimede e Callisto. Ciò significa che è disponibile per la vita che potrebbe esistere nei loro ipotetici oceani?
La radiazione proveniente da Giove può scindere le molecole sulla superficie di Europa. Questo può liberare ossigeno, che potrebbe percolarsi nelle saline attraverso la superficie fino all’oceano sotto il ghiaccio. Credito: NASA/JPL-Caltech
“La produzione di ossidanti sulla superficie e la loro consegna all’oceano possono effettivamente fornire O2 a quest’ultimo anche senza fotosintesi”, spiegano gli autori. La gelida crosta di Europa non è tutta ghiaccio solido. Gli scienziati pensano che liquidi salini possano percolarsi attraverso il ghiaccio, il che potrebbe potenzialmente consegnare ossigeno oscuro superficiale all’oceano.
C’è un terzo percorso per l’ossigeno oscuro chiamato dismutazione microbica. Sebbene sia biotico, non si basa sulla fotosintesi. Potrebbe essere una fonte di ossigeno trascurata.
Le evidenze finora suggeriscono che mondi come la Terra siano estremamente rari, mentre ambienti come quello di Europa potrebbero essere diffusi. “Per concludere la nostra preliminare esplorazione in questo argomento eclettico, ribadiamo la nostra dichiarazione iniziale che ambienti marini abitabili non plausibili per la fotosintesi, specialmente su mondi ghiacciati con oceani sotterranei, sono probabilmente diffusi nell’Universo”, scrivono gli autori nella loro conclusione.
“Quindi, se la produzione diossigeno oscuro è fattibile e comune in questa classe di mondi – sia tramite elettrolisi dell’acqua di mare o attraverso le precedenti due vie – allora la nostra analisi potrebbe racchiudere ampiamente le profonde conseguenze dell’ossigeno oscuro per la prevalenza dell’abiogenesi, della multicellularità complessa e forse persino dell’intelligenza tecnologica nel Cosmo”, spiegano gli autori.
Il fatto che abbiamo appena scoperto l’ossigeno oscuro sul fondo oceanico dovrebbe farci tutti riflettere. Stiamo scoprendo aspetti della natura che potrebbero essere cruciali nella ricerca di vita e mondi abitabili. Se possiamo confermare che le cosiddette lune oceaniche abbiano realmente oceani e che l’ossigeno oscuro venga prodotto o trasportato in quegli oceani, allora dovremo adattare il nostro modo di pensare all’abitabilità. La prossimità a una stella potrebbe non essere critica, il che amplierebbe simultaneamente la nostra comprensione mentre approfondirebbe il mistero della vita nel cosmo.
Questa è la parte intrigante della scienza. È un insieme di misteri e risposte.