Durante un’escursione nella valle del Dadès, in Marocco, la dottoressa Rowan Martindale ha notato qualcosa di così insolito da attirare immediatamente la sua attenzione.
Martindale, paleoecologo e geobiologo presso l’Università del Texas a Austin, stava esplorando il paesaggio impervio con altri ricercatori, tra cui Stéphane Bodin dell’Università di Aarhus. Il loro obiettivo era quello di studiare gli antichi ecosistemi di barriera corallina che un tempo esistevano sotto un oceano che ricopriva la regione milioni di anni fa.
Per raggiungere quelle antiche barriere coralline, la squadra ha dovuto attraversare estesi strati di roccia noti come torbiditi. Questi depositi si formano quando valanghe sottomarine di fango, sabbia e detriti si riversano sul fondale marino e finiscono per depositarsi in spessi strati di sedimento. Le increspature sono comuni in questi depositi, ma Martindale ha notato qualcosa di insolito che si trovava sopra le increspature.
“Mentre risalivamo queste torbiditi, mi guardavo intorno e questo piano di stratificazione splendidamente ondulato ha attirato la mia attenzione”, racconta Martindale. “Ho detto: ‘Stéphane, devi tornare qui. Queste sono strutture a pieghe!'”
Che cosa sono le strutture delle rughe?
Le strutture a pieghe sono piccole creste e depressioni che possono formarsi quando le comunità microbiche crescono a formare tappeti sui sedimenti sabbiosi. Questi tappeti sono costituiti da organismi microscopici come alghe e batteri che legano insieme i sedimenti e lasciano dietro di sé texture superficiali caratteristiche.
Sono importanti per gli scienziati perché possono fornire prove di antica vita microbica. Tuttavia, le strutture a pieghe sono generalmente fragili. Quando, centinaia di milioni di anni fa, gli animali iniziarono a scavare attivamente nei sedimenti del fondale marino, queste delicate formazioni vennero spesso distrutte prima di potersi preservare.
Di conseguenza, le strutture a pieghe sono rare nelle rocce più giovani di circa 540 milioni di anni, un periodo che coincide con una grande espansione della diversità animale. Oggi, si trovano più spesso in ambienti costieri poco profondi dove la luce solare favorisce la crescita di alghe fotosintetiche.
Una scoperta che non avrebbe dovuto esserci
Le rocce che Martindale stava esaminando rappresentavano un grosso enigma.
Le torbiditi contenenti le strutture a pieghe si erano formate in acque profonde, ad almeno 180 metri (590 piedi) sotto la superficie dell’oceano. A tali profondità, la luce solare non può penetrare, rendendo impossibile la sopravvivenza delle alghe fotosintetiche.
Ciò ha immediatamente sollevato un problema. Se i microbi dipendenti dalla luce solare non potevano aver creato quelle strutture, cos’altro poteva averle create?
Precedenti segnalazioni di strutture a pieghe in antiche torbiditi di acque profonde erano state controverse e ampiamente dibattute. L’età delle rocce rendeva il mistero ancora più sorprendente. Questi sedimenti si sono formati circa 180 milioni di anni fa, in un periodo in cui gli animali del fondale marino erano abbondanti e disturbavano costantemente i sedimenti. Tale attività in genere distrugge le delicate strutture microbiche prima che possano preservarsi.
Tutto ciò che riguardava la scoperta suggeriva che le strutture a rughe non avrebbero dovuto esistere in quel contesto.
Martindale sapeva che affermazioni straordinarie richiedevano prove solide.
“Esaminiamo ogni singola prova che riusciamo a trovare per essere certi che si tratti di strutture a pieghe nelle torbiditi”, afferma Martindale, perché le strutture a pieghe, solitamente di origine fotosintetica, “non dovrebbero trovarsi in un ambiente di acque profonde come questo”.
Alla ricerca di prove di un’antica vita microbica
Il team di ricerca ha esaminato attentamente le rocce per confermare sia l’ambiente in cui si sono formati i sedimenti, sia l’origine biologica delle insolite strutture.
Innanzitutto, hanno verificato che gli strati fossero effettivamente torbiditi depositate in acque profonde. Successivamente, hanno cercato tracce chimiche che potessero rivelare se organismi viventi avessero avuto un ruolo nella creazione di queste strutture.
La loro analisi ha mostrato elevate concentrazioni di carbonio negli strati di sedimento direttamente al di sotto delle increspature. L’arricchimento di carbonio è spesso associato all’attività biologica e ha fornito un indizio importante del coinvolgimento dei microbi.
I ricercatori si sono quindi rivolti agli oceani moderni in cerca di risposte.
Le riprese video effettuate da sommergibili a controllo remoto hanno rivelato che i tappeti microbici possono formarsi anche in zone oceaniche ben al di sotto della zona fotica, lo strato superiore illuminato dal sole dove avviene la fotosintesi. Invece di dipendere dalla luce solare, queste comunità sono costruite da batteri chemiosintetici.
Gli organismi chemiosintetici generano energia tramite reazioni chimiche anziché dalla luce solare. Alcuni utilizzano composti come il solfuro di idrogeno o il metano come combustibile, il che permette loro di prosperare in ambienti bui dove la vita fotosintetica non può sopravvivere.
I batteri degli abissi potrebbero aver creato le rughe
Considerando congiuntamente le prove geologiche, i dati chimici e le moderne osservazioni del fondale marino, i ricercatori hanno concluso di aver identificato strutture di rughe chemiosintetiche conservate nella documentazione rocciosa.
Secondo la loro spiegazione, le colate torbiditiche avrebbero trasportato nutrienti e materia organica sul fondale marino profondo. Con la decomposizione di tale materiale, i livelli di ossigeno nei sedimenti sarebbero diminuiti, creando condizioni favorevoli per i microbi chemiosintetici.
Durante le pause tra le colate detritiche sottomarine, si potevano formare tappeti batterici che si diffondevano sulla superficie dei sedimenti. Col tempo, questi tappeti sviluppavano le caratteristiche rughe che oggi si conservano nelle rocce.
Nella maggior parte dei casi, successive colate detritiche avrebbero cancellato i tappeti microbici. Occasionalmente, tuttavia, le condizioni hanno permesso che i tappeti e le loro texture rugose venissero sepolti e preservati per milioni di anni.
Ampliare la ricerca delle prime forme di vita
Martindale spera che i futuri esperimenti di laboratorio aiuteranno gli scienziati a comprendere meglio come si formano esattamente queste strutture negli ambienti di acque profonde.
La scoperta potrebbe anche ampliare la comprensione scientifica delle strutture a pieghe. Tradizionalmente, i ricercatori le hanno associate quasi esclusivamente a tappeti microbici fotosintetici che vivono in acque poco profonde. I nuovi risultati suggeriscono che anche le comunità chemiosintetiche potrebbero produrre caratteristiche simili.
In tal caso, i geologi potrebbero dover riesaminare ambienti precedentemente scartati come luoghi improbabili per la conservazione di tracce di antichi ecosistemi microbici.
“Le strutture a pieghe sono prove davvero importanti per la comprensione delle prime fasi dell’evoluzione della vita”, afferma Martindale. Ignorando la loro possibile presenza nelle torbiditi, “potremmo perdere un tassello fondamentale nella storia della vita microbica”.
La scoperta solleva un’ipotesi intrigante: alcuni indizi sul passato microbico primordiale della Terra potrebbero nascondersi in luoghi che gli scienziati non avrebbero mai pensato di cercare.
Abstract
Le strutture a pieghe vengono spesso interpretate come formazioni di tappeti microbici fotosintetici. Sono rare negli ambienti marini subtidali del Fanerozoico perché l’attività animale in genere distrugge i tappeti o i biofilm prima della litificazione. Riportiamo la presenza di strutture a pieghe in torbiditi del Toarciano inferiore (Giurassico inferiore) della Formazione Tagoudite in Marocco. Queste pieghe sono coerenti con quelle di depositi meno profondi; tuttavia, data la loro paleoprofondità (~200 m), è improbabile che siano state formate da comunità fotoautotrofe. È noto che le torbiditi moderne ospitano comunità chemiosintetiche, spesso con un’estesa formazione di tappeti microbici. Proponiamo che le pieghe della Formazione Tagoudite siano state formate da comunità chemiosintetiche e che le condizioni sedimentologiche, geochimiche e idrografiche delle torbiditi abbiano escluso gli erbivori, consentendo la litificazione delle strutture a pieghe. Le strutture a pieghe sono presenti nelle torbiditi del Cambriano, del Siluriano, del Devoniano e del Giurassico, e ipotizziamo che i tappeti chemiosintetici che crescono sui depositi di torbidità rappresentino una modalità di conservazione precedentemente trascurata, sottovalutata o non riconosciuta. Il paradigma delle pieghe indotte dai tappeti chemiosintetici ha implicazioni significative; questa finestra tafonomica per la conservazione delle pieghe nelle torbiditi amplia la gamma di ambienti in cui si formano queste strutture sedimentarie indotte dai microbi e le comunità che le hanno create. Le pieghe nelle torbiditi rappresentano anche nuove possibilità per lo studio degli ecosistemi chemiosintetici nel corso del tempo geologico.
Materials provided by Geological Society of America. Note: Content may be edited for style and length.
Rowan C. Martindale, Sinjini Sinha, Travis N. Stone, Tanner Fonville, Stéphane Bodin, François-Nicolas Krencker, Peter Girguis, Crispin T.S. Little, Lahcen Kabiri. Chemosynthetic microbial communities formed wrinkle structures in ancient turbidites. Geology, 2025; 54 (2): 173 DOI: 10.1130/G53617.1
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