Il terreno della dorsale rocciosa nell'Antartide centrale non ha mai contenuto microrganismi.
Per la prima volta, gli scienziati hanno scoperto che apparentemente non c'è vita nel suolo della superficie terrestre. Il suolo proviene da due creste rocciose spazzate dal vento nell'entroterra dell'Antartide, a 480 chilometri dal Polo Sud, dove migliaia di metri di ghiaccio penetrano nelle montagne.
"Si è sempre pensato che i microbi fossero resistenti e potessero vivere ovunque", afferma Noah Firer, un ecologo microbico dell'Università del Colorado a Boulder, il cui team studia il suolo. Dopotutto, sono stati trovati organismi unicellulari che vivono in sorgenti idrotermali con temperature superiori a 90 °C, in laghi sotto 800 metri di ghiaccio in Antartide e persino a 36.000 metri sopra la stratosfera terrestre. Ma dopo un anno di lavoro, Ferrer e il suo dottorando Nicholas Dragon non hanno ancora trovato alcun segno di vita nel suolo antartico che hanno raccolto.
Firer e Dragone hanno studiato i suoli di 11 diverse catene montuose, rappresentative di un'ampia gamma di condizioni. Quelli provenienti da zone montuose più basse e meno fredde contengono batteri e funghi. Ma in alcune montagne delle due catene montuose più alte, più aride e più fredde non si riscontrano segni di vita.
"Non possiamo dire che siano sterili", ha detto Ferrer. I microbiologi sono abituati a trovare milioni di cellule in un cucchiaino di terreno. Pertanto, un numero molto piccolo (ad esempio 100 cellule vitali) potrebbe sfuggire al rilevamento. "Ma per quanto ne sappiamo, non contengono alcun microrganismo".
Che alcuni suoli siano effettivamente privi di vita o che in seguito si scopra che contengono alcune cellule sopravvissute, nuove scoperte recentemente pubblicate sulla rivista JGR Biogeosciences potrebbero contribuire alla ricerca della vita su Marte. Il suolo antartico è permanentemente ghiacciato, ricco di sali tossici e non ha molta acqua liquida da due milioni di anni, proprio come il suolo marziano.
Sono stati raccolti durante una spedizione finanziata dalla National Science Foundation nel gennaio 2018 in aree remote dei Monti Transantartici. Attraversano l'interno del continente, separando l'altopiano polare a est dal ghiaccio di bassa quota a ovest. Gli scienziati hanno allestito un campo sul ghiacciaio Shackleton, una catena di ghiaccio lunga 96 chilometri che scorre lungo un abisso tra le montagne. Hanno utilizzato elicotteri per raggiungere alte quote e raccogliere campioni lungo tutto il ghiacciaio.
Nelle calde e umide montagne ai piedi di un ghiacciaio, a poche centinaia di metri sopra il livello del mare, scoprirono che il suolo era abitato da animali più piccoli di un seme di sesamo: vermi microscopici, tardigradi a otto zampe, rotiferi e minuscoli vermi chiamati collemboli. Insetti alati. Questi terreni nudi e sabbiosi contengono meno di un millesimo della quantità di batteri presente in un prato ben curato, sufficiente a fornire cibo ai piccoli erbivori che si nascondono sotto la superficie.
Ma questi segni di vita sono gradualmente scomparsi man mano che il team si addentrava nelle montagne più alte del ghiacciaio. In cima al ghiacciaio, hanno visitato due montagne, il Monte Schroeder e il Monte Roberts, che superano i 2.100 metri di altezza.
Le visite a Schroeder Mountain furono brutali, ricorda Byron Adams, biologo della Brigham Young University di Provo, nello Utah, che ha guidato il progetto. La temperatura in quella giornata estiva era vicina allo zero. Il vento ululante fece evaporare lentamente il ghiaccio e la neve, lasciando le montagne spoglie, una minaccia costante per il sollevamento e il lancio delle pale da giardino che avevano portato per scavare la sabbia. Il terreno è ricoperto di rocce vulcaniche rossastre che sono state erose per centinaia di milioni di anni dal vento e dalla pioggia, lasciandole butterate e levigate.
Quando gli scienziati sollevarono la roccia, scoprirono che la sua base era ricoperta da una crosta di sali bianchi: cristalli tossici di perclorato, clorato e nitrato. Perclorati e clorati, sali corrosivi e reattivi utilizzati nel carburante per razzi e nella candeggina industriale, si trovano in abbondanza anche sulla superficie di Marte. In assenza di acqua che possa dilavarli, il sale si accumula su queste aride montagne antartiche.
"È come campionare su Marte", ha detto Adams. Quando infili una pala nel terreno, "sai di essere la prima cosa a smuovere il terreno da sempre, forse milioni di anni".
I ricercatori ipotizzavano che anche a tali altitudini e nelle condizioni più difficili, avrebbero comunque trovato microrganismi vivi nel terreno. Ma queste aspettative hanno iniziato a svanire alla fine del 2018, quando Dragon ha utilizzato una tecnica chiamata reazione a catena della polimerasi (PCR) per rilevare il DNA microbico nel terreno. Dragon ha analizzato 204 campioni provenienti da montagne sopra e sotto il ghiacciaio. I campioni provenienti da montagne più basse e fredde hanno prodotto grandi quantità di DNA; ma la maggior parte (20%) dei campioni provenienti da alte quote, inclusi la maggior parte del Monte Schroeder e del Massiccio Roberts, non è stata analizzata per alcun risultato, il che indica che contenevano pochissimi microrganismi o forse nessuno.
"Quando ha iniziato a mostrarmi i risultati, ho pensato: 'Qualcosa non va'", ha detto Ferrell. Pensava che ci fosse qualcosa che non andava nel campione o nell'attrezzatura di laboratorio.
Dragon condusse quindi una serie di ulteriori esperimenti alla ricerca di segni di vita. Trattò il terreno con glucosio per vedere se alcuni organismi presenti lo convertissero in anidride carbonica. Stava cercando di scoprire una sostanza chimica chiamata ATP, utilizzata da tutte le forme di vita sulla Terra per immagazzinare energia. Per diversi mesi, coltivò porzioni di terreno con diverse miscele di nutrienti, cercando di convincere i microrganismi esistenti a crescere in colonie.
"Nick ha fatto un'incursione incredibile su questi campioni", ha detto Ferrell. Nonostante tutti questi test, non ha ancora trovato nulla in alcuni terreni. "È davvero incredibile."
Jacqueline Gurdial, microbiologa ambientale presso l'Università di Guelph in Canada, definisce i risultati "allettanti", in particolare gli sforzi di Dragon per determinare quali fattori influenzano la probabilità di trovare microrganismi in un determinato luogo. Ha scoperto che l'alta quota e le elevate concentrazioni di clorato erano i più forti predittori di mancata individuazione della vita. "Questa è una scoperta molto interessante", ha detto Goodyear. "Ci dice molto sui limiti della vita sulla Terra".
Non è del tutto convinta che il loro suolo sia davvero privo di vita, in parte a causa delle sue esperienze personali in un'altra parte dell'Antartide.
Diversi anni fa, ha studiato i terreni di un ambiente simile nei Monti Transantartici, un luogo a 800 chilometri a nord-ovest del Ghiacciaio Shackleton, chiamato University Valley, che potrebbe non aver avuto umidità o temperature di fusione significative per 120.000 anni. Quando li ha incubati per 20 mesi a -5 °C, una temperatura estiva tipica della valle, il terreno non ha mostrato segni di vita. Ma quando ha riscaldato campioni di terreno a pochi gradi sopra lo zero, alcuni hanno mostrato una crescita batterica.
Ad esempio, gli scienziati hanno scoperto che le cellule batteriche rimangono vive anche dopo migliaia di anni nei ghiacciai. Quando rimangono intrappolate, il metabolismo della cellula può rallentare di un milione di volte. Entrano in uno stato in cui non crescono più, ma riparano solo i danni al DNA causati dai raggi cosmici che penetrano nel ghiaccio. Goodyear ipotizza che questi "sopravvissuti lenti" possano essere quelli che ha trovato nella College Valley: sospetta che se Dragone e Firer avessero analizzato un terreno 10 volte più grande, avrebbero potuto trovarli nel Massiccio Roberts o nel Monte Schroeder.
Brent Christner, che studia i microbi antartici presso l'Università della Florida a Gainesville, ritiene che questi terreni aridi e ad alta quota potrebbero contribuire a migliorare la ricerca della vita su Marte.
Ha osservato che le sonde Viking 1 e Viking 2, atterrate su Marte nel 1976, hanno condotto esperimenti di rilevamento della vita basati in parte su studi sui terreni bassi vicino alla costa dell'Antartide, una regione chiamata Valli Secche. Alcuni di questi terreni si bagnano a causa dello scioglimento dei ghiacci in estate. Contengono non solo microrganismi, ma in alcuni punti anche minuscoli vermi e altri animali.
Al contrario, i terreni più elevati e asciutti del Monte Roberts e del Monte Schroeder potrebbero rappresentare terreni di prova migliori per gli strumenti marziani.
"La superficie di Marte è pessima", ha detto Christner. "Nessun organismo sulla Terra può sopravvivere sulla superficie" – almeno nei primi centimetri e mezzo. Qualsiasi veicolo spaziale diretto alla ricerca della vita deve essere preparato a operare in alcuni dei luoghi più ostili della Terra.
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