Microbi e carbonio sotto il fondo del mare
I microbi del fondo marino scompongono la materia organica sepolta e inducono dei complessi processi di mineralizzazione. Tuttavia, non si sa come i microbi si procurino abbastanza sostanze nutritive ed energia metabolica in un ambiente a così bassa energia. Il progetto DEEP CARBON FLUX (Energy and carbon food webs of the deep sub-seafloor biosphere), finanziato dall’UE, ha esaminato i controlli energetici e cinetici sui processi metabolici nei sedimenti. Lo studio si è concentrato sul ruolo di piccoli acidi organici quali intermedi chiave nel metabolismo microbico. Il team ha inoltre sviluppato una nuova tecnica analitica per affrontare l’obbiettivo del progetto, che includeva la cromatografia ionica 2D combinata con la rilevazione mediante spettrometria di massa per quantificare i singoli acidi organici. La ricerca ha comportato la trivellazione dei sedimenti in quattro siti marini, nel mare del Nord e nel mar Baltico e negli oceani Atlantico e Pacifico. La trivellazione ha incluso due grandi operazioni internazionali di trivellazione effettuate dal programma IODP (International Ocean Discovery Program, Exp. 337 ed Exp. 347) e comprende il più profondo foro di trivellazione sottoposto a carotaggio al mondo nel fondo dell’oceano fino a ~2,5 km al di sotto del fondale marino (IODP Exp. 337). Per prima cosa il team ha sviluppato il nuovo metodo analitico per l’analisi degli acidi grassi volatili (volatile fatty acid, VFA) nei campioni marini. Questa tecnica è stata usata per separare i VFA dagli ioni di cloro e solfato, e in seguito per separare i singoli VFA. La tecnica ha consentito di quantificare direttamente i VFA dall’acqua di mare senza il bisogno di ulteriori fasi di pretrattamento del campione. I ricercatori hanno utilizzato questo metodo per esaminare le concentrazioni dell’acqua interstiziale nei quattro siti di studio. I risultati hanno mostrato che le concentrazioni erano sorprendentemente costanti, e dipendevano dalla zonazione biochimica delle sostanze nutritive e dalle vie metaboliche microbiche prevalenti. Lo studio ha concluso che sono i microbi a controllare le concentrazioni di VFA. Le concentrazioni soglia, al di sotto delle quali l’acetato non viene ulteriormente consumato, riflettono le costrizioni fisiologiche della cellula microbica. Pertanto, né la termodinamica né la diffusione spiegano la rotazione VFA. Invece, sono probabilmente processi cellulari come ad esempio il trasporto di membrana o l’attivazione dei substrati a svolgere un ruolo attivo nelle concentrazioni di VFA nell’acqua interstiziale. I processi influiscono sull’energia disponibile. Tuttavia, i dettagli possono variare con differenti comunità microbiche. Sulla base dei sedimenti del Pacifico, recuperati dal foro di trivellazione sottoposto a carotaggio più profondo nella storia delle trivellazioni scientifiche oceaniche (~2,5 km al di sotto del fondale marino), i ricercatori hanno inoltre concluso che acetato e formiato sono abbondanti nei sedimenti profondi e adeguati per il metabolismo basato sul metano in quel luogo. Acetato e formiato vengono rilasciati durante la maturazione geologica dei materiali di base organici che fornisce una possibilità di supportare la biosfera microbica sepolta in profondità per decine di milioni di anni. I risultati del progetto illustrano i processi metabolici mediante cui i microbi nei sedimenti oceanici scompongono la materia organica allo scopo di ricavare energia. Questo lavoro potrebbe infine trovare applicazione anche nelle tecnologie per lo smaltimento dei rifiuti e per il riciclaggio e potrebbe contribuire alla stima dell’impatto prodotto dalla produzione microbica di metano nei sedimenti, che influisce sia sulle risorse energetiche che sulle emissioni naturali di gas a effetto serra.
Parole chiave
Microbi, subfondale marino, carbonio, sedimenti, DEEP CARBON FLUX, biosfera profonda subfondale marino, acidi grassi volatili, metanogenesi, riduzione solfato, International Ocean Discovery Program (IODP)
