Estratégias de sobrevivência de um ecossistema microbiano anóxico no Lago Untersee, um potencial análogo de Encélado

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 7376 (2022) Citar este artigo

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O Lago Untersee, localizado no leste da Antártica, é um lago perenemente coberto de gelo. No fundo da sua bacia meridional encontram-se 20 m de água anóxica, rica em metano e estratificada, tornando-a um bom análogo de Encélado, uma lua de Saturno. Aqui apresentamos o primeiro estudo metagenômico desta bacia e detalhamos a composição da comunidade e o potencial funcional das comunidades microbianas a 92 m, 99 m de profundidade e dentro do sedimento anóxico. Foi encontrada uma comunidade microbiana diversificada e bem povoada, apresentando potencial para Encélado ter uma comunidade diversificada e abundante. Também exploramos a metanogênese, o metabolismo do enxofre e o metabolismo do nitrogênio, dada a presença potencial desses compostos em Encélado. Encontramos uma abundância dessas vias oferecendo uma variedade de estratégias metabólicas. Além disso, as condições extremas da bacia anóxica tornam-na ideal para testar tecnologia de voos espaciais e métodos de detecção de vida para futuras explorações de Encélado.

A descoberta de ambientes extremos e o estudo dos organismos que os habitam tornaram a busca por vida fora da Terra um empreendimento mais plausível1. Um dos ambientes mais extremos da Terra é a Antártica, um vasto deserto polar onde as temperaturas caem para os níveis mais baixos do planeta. Onde as condições locais permitem a presença de água líquida, existem oásis de vida isolados2. Estes incluem lagos cobertos de gelo onde extremófilos microbianos desenvolveram estratégias para viver em condições oligotróficas, frias e com pouca luz. Embora os lagos sazonalmente cobertos de gelo tendam a ter ambientes geoquimicamente diferentes no inverno e no verão, os lagos perenemente cobertos de gelo na Antártida são mais fisicoquimicamente estáveis3,4. A espessa e perene cobertura de gelo amortece os efeitos dos ventos turbulentos e atenua a penetração da luz solar do verão, que depois cai a zero durante o longo inverno polar.

Um desses lagos, Untersee, é um lago ultra-oligotrófico, perenemente coberto de gelo, localizado a 71,34°S, 13,46°E nas montanhas Gruber, no centro de Dronning Maud Land5,6,7. As elevações no oásis variam de 600 a 2.790 m e a geologia local consiste em alternâncias de norito, anortosito e anortosito-norito do maciço anortosito Eliseev8. O lago está localizado dentro de uma bacia fechada em c. 610 m de altitude e é represado em sua extremidade norte pela Geleira Anuchin, onde cristas de pressão se formam na interface lago-geleira. O Lago Untersee tem 2,5 km de largura e 6,5 km de comprimento e está entre os maiores lagos do centro de Queen Maud Land5.

O resultado da intensa evaporação e sublimação é que o derretimento do verão não fornece quantidades significativas de água para recarga. As únicas grandes contribuições de água líquida ocorrem a partir do derretimento da geleira Anuchin sob a cobertura de gelo do lago e da descarga subglacial/de água subterrânea. Um estudo de amplicon 16S rRNA mostrou que esta geleira não funciona como um ecossistema independente, mas funciona como parte do próprio lago como um sistema microbiano em maior escala52. A falta de entrada de riachos no lago ou a formação de fossos de verão resultam em um ambiente essencialmente isolado, sem contato direto com a atmosfera5,9.

Lago Untersee perde c. 1% de sua água anualmente vem da sublimação da cobertura de gelo com 2,5–4 m de espessura. Para manter o equilíbrio hidrológico o lago deve ser recarregado por uma vazão igual5,10. O lago é represado na sua extremidade norte pelo Glaciar Anuchin e os cálculos do balanço de massa sugerem que o derretimento subaquático do gelo terminal contribui com 40-45% do orçamento anual de água, com a água de degelo subglacial contribuindo com o restante5. Com base em δD-δ18O da coluna de água, o lago não desenvolveu um fosso durante pelo menos os últimos 300-500 anos, fornecendo outra indicação de quão isolado este lago está da atmosfera ou de outras entradas externas11. Informações sobre as propriedades da coluna d'água podem ser encontradas na Figura 1 e também na Tabela Suplementar S4.