Some geothermal lakes in northern Ethiopia’s Rift Valley are too inhospitable to life.

Puri Lopez

Some spots on Earth are too hostile for life

By Elizabeth PennisiOct. 28, 2019 , 12:00 PM

There’s life on polar ice sheets, in scalding hot springs, and kilometers underground. But in hot briny lakes in Africa’s Rift Valley and the cold, dry soil of Antarctica’s Shackleton Glacier Valley, life reaches its limits. In both places, teams of researchers have pinpointed conditions too hostile for even the toughest microbes.

Together the two projects “contradict the current wisdom that life is really everywhere,” says Nathan Smith, a paleontologist at the Natural History Museum of Los Angeles County in California who was not involved with either project. “Both, in their own ways, in different types of environments, are homing in on what might be real barriers to life.”

In the Rift Valley lakes, in Ethiopia, volcanic gases venting from below acidify the water, which is also rich in salts from brines created by the evaporation of ancient and modern bodies of water. Add the heating effect of the volcanic activity, and the lakes represent an environment more extreme than any found in Yellowstone National Park or even in the Atacama Desert.

Purificación López-García, a biologist at with the French national research agency CNRS and the University of Paris-Sud, and her team used microscopy, cell sorting, genomics, and other techniques to look for signs of life in the water. In some ponds, microbes known as archaea thrived, the researchers report today in Nature Ecology & Evolution. But a few kilometers away, in isolated canyons and lakes where salt concentrations top 50% and acidity was high, they could detect no signs of permanent life at all.

Ancient wind-scoured soils in Antarctica’s Shackleton Glacier Valley appear devoid of even the hardiest microbes.

Noah Fierer

They did notice balls of minerals that others have found elsewhere and interpreted as “microfossils.” But they argue that the structures are unlikely to have biological origins. The high salinity along with the acidity and temperature are a deadly combination, especially because the salts there are magnesium-based. Too much magnesium causes cell membranes to dissolve, López-García says.

Very different conditions define life’s limits in the Shackleton Glacier Valley. In some parts of the ice-carved landscape, the soil has been exposed for hundreds of thousands of years to frigid, bone-dry winds. Nicholas Dragone, a graduate student at the University of Colorado in Boulder, took soil samples from those sites and from low-lying spots that were ice-covered until recently. He tried for 2 months or longer to get microbes from each sample to grow in the lab, under more than a dozen types of conditions. He also tested for DNA. Finally, he and his colleagues added glucose with labeled carbon to the soil samples and watched for any labeled carbon dioxide—a sign that a living organism was processing the glucose.

Multiple types of bacteria and fungi turned up in the lowland soils, Dragone reported 14 October at the Interdisciplinary Antarctic Earth Sciences meeting in Julian, California. But some of the high-elevation, older soils were devoid of life. “To be able to identify sites that have nothing in them is unique,” Dragone said. He has not done the extensive chemical analyses that López-García’s team did to help define life’s limits, but he suspects these high-elevation soils are inhospitable because they lack any liquid water.

With the two studies, “We’ve hit that boundary [for life] on both sides,” says Dragone’s adviser, Noah Fierer, a microbial ecologist. Knowing those boundaries should prove useful in searches for life at Earth’s extremes—and on other planets. “This gives us a lot more tools for exploring the potential of life existing elsewhere,” Smith says.

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doi:10.1126/science.aaz9905

Alguns pontos da Terra são hostis demais para a vida

Por Elizabeth PennisiOct. 28, 2019, 12:00

Há vida em camadas de gelo polar, em fontes termais escaldantes e quilômetros no subsolo. Mas em lagos quentes e salgados no Vale do Rift, na África, e no solo seco e frio do Vale da Geleira Shackleton, na Antártica, a vida atinge seus limites. Em ambos os lugares, equipes de pesquisadores identificaram condições hostis demais para os micróbios mais difíceis.

Juntos, os dois projetos "contradizem a atual sabedoria de que a vida realmente está em toda parte", diz Nathan Smith, paleontólogo do Museu de História Natural do Condado de Los Angeles, na Califórnia, que não estava envolvido em nenhum dos projetos. "Ambos, à sua maneira, em diferentes tipos de ambientes, estão se aproximando do que podem ser verdadeiras barreiras à vida."

Nos lagos do Vale do Rift, na Etiópia, os gases vulcânicos que saem de baixo acidificam a água, que também é rica em sais de salmoura criados pela evaporação de corpos d'água antigos e modernos. Adicione o efeito de aquecimento da atividade vulcânica, e os lagos representam um ambiente mais extremo do que qualquer outro encontrado no Parque Nacional de Yellowstone ou mesmo no deserto de Atacama.

Purificación López-García, bióloga da agência nacional francesa de pesquisa CNRS e da Universidade de Paris-Sud, e sua equipe usaram microscopia, classificação de células, genômica e outras técnicas para procurar sinais de vida na água. Em algumas lagoas, os micróbios conhecidos como Archaea prosperaram, relatam os pesquisadores hoje na Nature Ecology & Evolution. Mas a alguns quilômetros de distância, em desfiladeiros e lagos isolados, onde as concentrações de sal atingem 50% e a acidez era alta, eles não conseguiam detectar sinais de vida permanente.

Os solos antigos varridos pelo vento no Vale da Geleira Shackleton, na Antártica, parecem desprovidos dos micróbios mais difíceis.
Noah Fierer

Eles notaram bolas de minerais que outros encontraram em outros lugares e interpretaram como "microfósseis". Mas eles argumentam que é improvável que as estruturas tenham origens biológicas. A alta salinidade, juntamente com a acidez e a temperatura, são uma combinação mortal, principalmente porque os sais são à base de magnésio. O excesso de magnésio faz com que as membranas celulares se dissolvam, diz López-García.

Condições muito diferentes definem os limites da vida no Vale Glaciar Shackleton. Em algumas partes da paisagem esculpida em gelo, o solo foi exposto por centenas de milhares de anos a ventos frios e secos. Nicholas Dragone, um estudante de graduação da Universidade do Colorado em Boulder, coletou amostras de solo desses locais e de locais baixos que estavam cobertos de gelo até recentemente. Ele tentou por 2 meses ou mais obter micróbios de cada amostra para crescer no laboratório, sob mais de uma dúzia de tipos de condições. Ele também testou o DNA. Finalmente, ele e seus colegas adicionaram glicose com carbono marcado às amostras de solo e observaram qualquer dióxido de carbono identificado - um sinal de que um organismo vivo estava processando a glicose.

Vários tipos de bactérias e fungos apareceram nos solos das terras baixas, informou Dragone em 14 de outubro na reunião Interdisciplinar de Ciências da Terra Antártica em Julian, Califórnia. Mas alguns dos solos mais altos e altos não tinham vida. "Ser capaz de identificar sites que não contêm nada é único", disse Dragone. Ele não fez as extensas análises químicas que a equipe de López-García fez para ajudar a definir os limites da vida, mas ele suspeita que esses solos de alta altitude sejam inóspitos porque não possuem água líquida.

Com os dois estudos, "atingimos esse limite [por toda a vida]] de ambos os lados", diz o consultor de Dragone, Noah Fierer, um ecologista microbiano. Conhecer essas fronteiras deve ser útil na busca pela vida nos extremos da Terra - e em outros planetas. "Isso nos dá muito mais ferramentas para explorar o potencial da vida existente em outros lugares", diz Smith.