Il microbioma dei ghiacciai e delle calotte polari

Ghiacciai e calotte polari sono stati recentemente riconosciuti come uno dei biomi presenti sulla Terra. Ambienti unici e paesaggi incantati, ma quali microrganismi ospitano? E quali sono le interazioni e i feedback di questi ultimi con l’ambiente?

Negli ecosistemi ghiacciati uno dei principali fattori limitanti per lo sviluppo dei processi microbici è la presenza di acqua liquida: la neve e il ghiaccio, infatti, non precludono da grandi quantità di acqua di superficie e interstiziale per lunghi periodi durante la stagione di fusione.
Per i sistemi subglaciali, recenti misurazioni batteriche associate ai sedimenti di ghiacciai nell’Artico e in Antartide e al deflusso subglaciale variano tra 0.87 e 7.9 × 106 cellule g-1. La quantità di microrganismi immagazzinati e trasportati dai ghiacciai e dalle calotte glaciali, quindi, sembra essere tutt’altro che banale.

In linea di principio, uno qualsiasi degli habitat umidi all’interno e/o sui ghiacciai può ospitare una comunità attiva di microrganismi. L’ammontare e le caratteristiche di questi habitat variano sia nel tempo sia nello spazio. La neve bagnata, per esempio, è in grado di modificare il proprio aspetto durante la stagione estiva di fusione, passando dal bianco a diverse tonalità di verde e rosso, a causa della presenza di alghe.
Allo stesso modo, la superficie del ghiaccio può essere perfettamente bianca, oppure caratterizzata da impurità organiche e inorganiche, che ne scuriscono anche l’aspetto (figura 1).

Figura 1: Le diverse sfumature di colori e gli habitat del bioma glaciale. (npj Biofilms and Microbiomes, 2017)

Qualsiasi impurità fornisce nutrienti per la crescita di alghe e batteri eterotrofi. I fori di fusione sulla superficie del ghiaccio (sacche di crioconite), con dimensioni da millimetri (mm) a decine di centimetri (cm), sono oasi ricche di vita microbica e crioconite, una formazione polverosa combinazione di piccole particelle di roccia, fuliggine e batteri.

Come sono distribuiti i microrganismi?

Nel bioma glaciale, i processi biologici sono dominati quasi esclusivamente da comunità di microrganismi. I cianobatteri governano la produzione di carbonio in sistemi acquatico/sedimentari, come i fori di crioconite, mentre gli ordini Zygnematales (alghe verdi, Divisione Charophyta) e Chlamydomonadales (alghe verdi, Divisione Chlorophyta) caratterizzano rispettivamente le superfici ghiacciate e le dinamiche all’interno della neve.

Nelle pozze di fusione, invece, si sviluppano sottili tappeti di alghe che seccano a fine stagione per poi rivivere l’anno seguente: sono abitate da protozoi e da piccoli invertebrati, come nematodi e rotiferi. Il principale produttore primario in questi fori è il cianobatterio filamentoso Phormidesmis priestleyi, conosciuto negli ambienti artico, alpino e antartico, e dotato di adattamenti che contribuiscono allo sviluppo dei granuli di crioconite. La proprietà fondamentale di questo microrganismo è la capacità di rilasciare composti sotto forma di sostanze polimeriche extracellulari (proteine, lipidi, polisaccaridi e altri metaboliti secondari), utili sotto diversi aspetti per la sopravvivenza nelle difficili condizioni degli habitat glaciali (possono agire, per esempio, come crioprotettori per le membrane cellulari).

Per quanto riguarda i batteri eterotrofi, questi sono comuni nei vari habitat sopra glaciali dove svolgono un ruolo chiave nel ciclo dei nutrienti grazie alla decomposizione della materia organica. Alpha e Beta-Proteobacteria, Bacteroidetes e Actinobacteria caratterizzano le comunità eterotrofe sulla superficie del ghiaccio, anche se esistono evidenti differenze secondo la scala spaziale e in base a fattori locali. In campioni di neve e ghiaccio sono stati rilevati anche gli archibatteri, sebbene la diversità sia solitamente molto limitata, così come gli studi disponibili o il numero di siti in cui sono rinvenuti. Quando gli Archaea sono presenti, quelli ammonio-ossidanti, di solito, sono il gruppo dominante sulla superficie dei ghiacciai.

Quanto ai funghi? Le ricerche in questi ecosistemi sono rare e per lo più ristrette alle muffe, che attaccano le piante dormienti sotto il manto nevoso. Solo recentemente, il Phylum Chytridiomycota (Regno Fungi) è stato descritto come abbondante in ambienti alpini e artici, dove si ritiene che giochi una parte importante nel rilascio di nutrienti attraverso la sua attività saprofitica o parassitica.

Infine, da non dimenticare, i processi chemolitotropici a conduzione microbica associati al ciclo del ferro (Fe) e dello zolfo (S) e alle trasformazioni di carbonio (C) negli ecosistemi subglaciali. Queste reazioni forniscono la base per trasformazioni chimiche a livello dell’interfaccia rocciosa sotto il ghiaccio, le quali, a loro volta, sostengono un meccanismo importante per l’erogazione di nutrienti agli ecosistemi a valle.

Angela Chimienti

Fonte:

Crediti immagini:

  • Figura 1: Alexandre M. Anesio, Stefanie Lutz, Nathan A. M. Chrismas and Liane G. Benning, The microbiome of glaciers and ice sheets, npj Biofilms and Microbiomes (2017) 3:10; doi:10.1038/s41522-017-0019-0 [Open Access], Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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