The coloured side of the caves: un viaggio nel mondo della microbiologia ipogea

All’interno delle grotte i microorganismi interagiscono con il substrato sul quale vivono

Nell’intraprendere un viaggio inconsueto nel mondo dei microrganismi, scendiamo nelle profondità sotterranee per scoprire un ricco e peculiare frammento del vasto universo microbico. Sotto i nostri piedi, infatti, esiste un vero e proprio continente alla rovescia, che si discosta in maniera essenzialmente antitetica dall’ambiente con il quale abbiamo a che fare nella vita di tutti i giorni.

Un po’ come il negativo di una fotografia, la fascia cromatica ipogea è ristretta e le tonalità sono molto vicine al bianco e nero. Tuttavia, contrariamente a quanto si possa pensare, all’interno delle grotte è possibile incontrare, senza troppe difficoltà, sprazzi di colore anche addentrandosi nel buio più assoluto; molte di queste colorazioni sono la testimonianza di una ricca e frenetica vita ipogea.

Come ben sappiamo, i microbi sono ubiquitari. Grazie all’ampia versatilità metabolica ed alle straordinarie capacità di adattamento alle condizioni ambientali più estreme, i microrganismi riescono a colonizzare ogni nicchia ecologica disponibile sulla Terra. In particolare, negli ambienti sotterranei numerose e differenti specie batteriche e di archea sono in grado di proliferare nelle acque correnti, in quelle ferme o di stillicidio, nel substrato, su pareti e soffitti, sulle concrezioni.

Uno degli aspetti più curiosi è forse legato alla possibilità di poter osservare ad occhio nudo tracce della loro presenza. Può sembrare strano infatti, pensare di riuscire ad individuare segni di attività microbica senza un’opportuna strumentazione, soprattutto in un ambiente estremo come quello ipogeo.

All’interno delle grotte i microorganismi, però, interagiscono con il substrato sul quale vivono e ne alterano la composizione chimica, fino a produrre cambiamenti nella struttura della roccia che a volte risultano molto appariscenti. Una riduzione di densità e un ammorbidimento del substrato roccioso, sottili deposizioni di calcite, colorazioni inusuali o formazioni di biofilm che aderiscono su superfici di diversa natura sono tra i fenomeni che più frequentemente possiamo osservare in grotta.

Le colorazioni, in particolare, possono variare da sito a sito, e generalmente cambiano in base alla composizione chimica della matrice rocciosa o all’attività microbica più o meno intensa. Inoltre, dove le condizioni lo permettono, le colonie possono crescere notevolmente, tanto da ricoprire intere pareti, producendo oltretutto fenomeni suggestivi. Uno di questi è associato alle goccioline d’acqua che condensano sulle superfici delle pareti e dei soffitti all’interno di numerose cavità naturali ed artificiali. Quando le gocce vengono esposte ad una sorgente luminosa, come ad esempio una luce a led, si assiste ad una debole riflessione fluorescente di colore argentata o dorata. Altri particolari biofilm, invece, possono mostrare, oltre al bianco e al giallo, anche colorazioni meno frequenti come il rosa, il lilla, l’arancio ed il celeste.

Figura 1 – Biofilm celeste all’interno di una cavità

Le condizioni abiotiche relativamente stabili che caratterizzano l’ambiente ipogeo consentono di studiare più facilmente le relazioni che intercorrono tra i processi geochimici e l’attività che le comunità microbiche svolgono all’interno delle grotte. Interagendo con i minerali infatti, i microrganismi giocano un ruolo estremamente importante nella formazione delle cavità, modellando le concrezioni o partecipando attivamente alla stratificazione del substrato roccioso. Alcuni microrganismi, ad esempio, precipitano CaCO3 sulla superficie delle loro cellule, contribuendo in tal modo al concrezionamento del calcare.

Per quanto riguarda l’aspetto ecologico, i microrganismi svolgono un ruolo cruciale come decompositori. Molti ecosistemi sulla Terra mostrano catene alimentari basate sulla decomposizione di materiale organico, tra questi ci sono anche le grotte. Se i decompositori venissero danneggiati o rimossi, gli organismi superiori più in alto nella catena alimentare potrebbero subire di conseguenza un impatto negativo, fino a scomparire del tutto.

Quindi, analogamente a ciò accade in superficie, l’accumulo di materiale organico determina lo sviluppo di una ricca popolazione microbica, prevalentemente eterotrofa. Gli eterotrofi rappresentano la componente principale della microflora cavernicola, tuttavia, negli ambienti ipogei più sfavorevoli alla vita, perché estremamente poveri o privi di sostanza organica, può essere presente un certo numero di batteri autotrofi. Questi ultimi possono fornire preziose informazioni relative ai meccanismi di produzione di energia in condizioni estremamente proibitive alla vita.

Va da sé che le grotte vengano viste come dei veri e propri laboratori naturali. L’ambiente sotterraneo può essere considerato un vero e proprio serbatoio di diversità microbica, capace di ospitare specie ancora sconosciute, forme metaboliche esclusive e fonti uniche di informazioni genetiche, utili per numerose applicazioni biotecnologiche. Le innovazioni riguardano ambiti diversi, e vanno dall’utilizzo dei batteri calcificanti nel recupero di monumenti, all’isolamento di ceppi impiegati per la produzione di prodotti farmaceutici o per il biorisanamento delle acque contaminate, fino all’impiego di microrganismi per l’identificazione di forme di vita in altri pianeti.

Figura 2 – Programma di addestramento dell’Agenzia Spaziale Europea (CAVES)

Riferimenti bibliografici:

  • Tomczyk-Żak, K. e Zielenkiewicz, U. (2016) Microbial diversity in caves. Geomicrobiology Journal, 33, 20-38.
  • Mulec, J., Oarga-Mulec, A., Tomazin, R. e Matos, T. (2015) Characterization and fluorescence of yellow biofilms in karst caves, Southwest Slovenia. International Journal of Speleology, 44, 9.
  • Lee, N. M., Meisinger, D. B., Aubrecht, R., Kovacik, L., Saiz-Jimenez, C., Baskar, S., Baskar, R., Liebl, W., Porter, M. L. e Engel, A. S. (2012) 16 Caves and Karst Environments. Life at extremes: environments, organisms, and strategies for survival, 1, 320 – 343.

Informazioni su Ilaria Vaccarelli 7 Articoli
Sono dottoressa in Scienze e Tecnologie per l'Ambiente e speleologa. Amo girovagare sopra, sotto e dentro le montagne, ma il mio più grande interesse riguarda la microbiologia degli ambienti sotterranei.

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