La risposta dei microbi ai cambiamenti climatici offre uno sguardo sul futuro dell’Artico
L’Artico svolge un ruolo fondamentale nell’equilibrare il clima terrestre e i cambiamenti che avvengono in questa regione polare avranno effetti a catena percepibili a longitudini più basse. La notizia preoccupante è che il permafrost contiene una quantità di carbonio quasi doppia rispetto all’atmosfera terrestre. Quando questo si riscalda, i microbi presenti nel suolo «si risvegliano» e contribuiscono ad attivare processi che stimolano il rilascio di depositi di carbonio sotto forma di gas serra, in particolare di CO2 e metano. Il progetto MicroArctic, finanziato dal programma Marie Skłodowska-Curie, è stato istituito per comprendere più approfonditamente come le comunità microbiche siano in grado di adattarsi all’ambiente artico in rapido riscaldamento, e la loro conseguente retroazione sui cicli biogeochimici. Il programma ha formato 15 ricercatori nella fase iniziale della carriera negli ambiti della microbiologia e della biogeochimica, così da prepararli a rispondere alla necessità di governance e leadership legate agli interessi pubblici, politici e commerciali della regione. I ricercatori del progetto hanno condotto numerose misurazioni di variazioni temporali e spaziali delle comunità microbiche, in vari habitat artici (suolo, ghiacciai e aria), e hanno esaminato l’interazione dei microbi con il clima locale. Inoltre, gli studiosi hanno condotto analisi stratigrafiche delle strutture e delle funzionalità delle comunità microbiche a livello molecolare, e hanno svolto misurazioni biochimiche e mineralogiche in cronosequenze circostanti ai ghiacciai e in depositi di permafrost. «L’approfondimento delle dinamiche delle popolazioni individuali e le risposte ai cambiamenti climatici è di fondamentale importanza per valutare la plasticità dell’habitat e la sua resilienza al riscaldamento climatico, e contribuisce a ideare strategie che possano ridurre il danno agli ecosistemi artici, caratterizzati da un’elevata biodiversità», osserva Alexandre Anesio, coordinatore di MicroArctic.
Antichi microbi del suolo influenzano il clima artico e diffondono malattie
Il riscaldamento climatico sta accelerando il disgelo del permafrost, e fa sì che elevate quantità di metano, un potente gas serra, vengano rilasciate nell’atmosfera. I ricercatori del progetto hanno dimostrato che questo rilascio diretto di metano può avvenire a partire delle comunità microbiche congelate nella materia organica e formatesi nel permafrost migliaia di anni prima. Gli scienziati prevedono che da tali microbi antichi verranno rilasciate grandi quantità di metano, come conseguenza del riscaldamento globale e del disgelo del permafrost. Gli studiosi hanno inoltre analizzato alcuni batteri potenzialmente patogeni isolati da habitat di varia natura a Spitsbergen, in Norvegia. «Le emolisine (lipidi e proteine) secrete da diversi organismi provocano la lisi dei globuli rossi poiché rompono la membrana cellulare, e potrebbero apportare un importante contributo alla determinazione dei virus in modelli animali. L’emolisi è stata osservata in 32 specie batteriche su 78 isolate dagli habitat dell’Artico», osserva Anesio. Tale risultato del progetto è riportato a questo link.
L’attività microbica non cessa in inverno
L’inizio della stagione estiva è un periodo critico per la stimolazione di un’attività microbica e di un ciclo di sostanze nutritive più elevati. Durante i primi scioglimenti della stagione estiva, MicroArctic ha identificato impulsi ionici di sostanze nutritive, i quali stimolano la fioritura di alghe sulla superficie della calotta glaciale della Groenlandia. Essi sembrano inoltre accelerare lo scioglimento dei ghiacciai, in un processo di cui i modelli attuali dei cambiamenti climatici non tengono conto. Sebbene i processi biologici rallentino durante l’inverno, MicroArctic ha mostrato che i microbi possono rimanere attivi a temperature molto inferiori rispetto a quanto si pensasse precedentemente. «Attraverso simulazioni di laboratorio, abbiamo dimostrato che l’attività microbica e i processi biogeochimici attivi possono avere luogo anche nei periodi dell’inverno bui e più freddi. Tale scoperta potrebbe consentire lo svolgimento di operazioni di campionatura durante tutto il corso dell’anno, e non solo nella stagione dello scioglimento artico», spiega Anesio. Le interazioni tra le specie e la plasticità permettono ai microbi artici di adattarsi, di sopravvivere e di crescere in condizioni difficili. Una conoscenza più approfondita della loro biodiversità e delle loro interazioni rinforza la necessità di proteggere l’ambiente dell’Artico a beneficio delle generazioni future.
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