Come i cambiamenti climatici favoriscono i cianobatteri metano-produttori

Cosa sono i cianobatteri

I Cyanobacteria (italianizzato in “cianobatteri“), anche impropriamente detti alghe azzurre, sono un phylum di batteri fotosintetici. Sono dei Gram-negativi capaci di crescere sia singolarmente sia in colonie che si presentano tondeggianti o filamentose.

Il loro processo di fotosintesi è molto simile a quello delle alghe o dei muschi, con la differenza che, oltre a possedere la clorofilla, tipica dei vegetali, sono muniti di altri pigmenti fotosintetici, le cosiddette ficobiline, che donano loro colorazione variabile, dal blu/azzurro al verde fino al rosso.

colonie filamentose di cianobatteri
Figura 1 – Colonie filamentose di cianobatteri.
Fonte: CYANOBACTERIA PRODUCE METHANE, Universität Heidelberg, 17 January 2020. Autore: © Thomas Klintzsch

Sono tipicamente acquatici, presenti sia in acque dolci che salate e, specialmente in mare, formano delle pellicole (o biofilm) nerastre sulla superficie degli scogli, dette in gergo “strisce d’inchiostro“. Alcune specie di cianobatteri vivono in simbiosi con le piante. La loro attività fotosintetica sottrae all’ambiente CO2; inoltre essi sono in grado di fissare l’azoto (ridurre cioè l’azoto molecolare N2 in NH3, che può legare varie molecole, dalle proteine agli amminoacidi). Infine i cianobatteri sono anche produttori di vari tipi di tossine.

L’aumento dei cianobatteri grazie all’inquinamento

Ovviamente, l’aumento di CO2 nell’atmosfera non ha fatto altro che favorire la proliferazione dei cianobatteri. Un team di ricerca dell’Università di Hohai (Cina) ha osservato come Microcystis aeruginosa, appartenente al phylum Cyanobacteria, trovi vantaggio in un ambiente ricco di anidride carbonica per lo svolgimento dei suoi processi biochimici.

Il batterio aumenta la fotoprotezione con fotosistema II e i processi di fosfatasi alcalina (che si attiva quando l’organismo subisce acidificazione intracellulare), mentre viene inibita la nitrato reduttasi, diminuendo l’assorbimento di azoto da parte dei batteri. In generale è stato osservato che questi cianobatteri crescono esponenzialmente ad alte concentrazioni di CO2 in acque eutrofiche (ricche di nutrienti).

Esempio di acque lacustri eutrofiche con proliferazione di alghe blu (cianobatteri)
Figura 2 – Esempio di acque lacustri eutrofiche con proliferazione di alghe blu (cianobatteri). Fonte: CYANOBACTERIA PRODUCE METHANE, Universität Heidelberg, 17 January 2020. Autore: © Angelina Tittmann

La produzione di metano da parte di cianobatteri

Fino ad oggi erano stati identificati come metano-produttori solo alcuni organismi ancestrali come gli Archea. Tuttavia recentemente è stato condotto uno studio da parte del team di Mina Bizic, dell’Istituto di Leibniz per l’ecologia delle acque dolci e la pesca nelle acque interne (IGB), in collaborazione con l’Università di Heidelberg, nel quale sono stati analizzati diversi cianobatteri emittenti questo gas.

17 specie di cianobatteri che vivono sia in acque dolci che salate o nel suolo hanno dimostrato di produrre metano durante la fotosintesi. Nello specifico, il geoscienziato Thomas Klintzsch ha condotto esperimenti di coltura cellulare in presenza di un isotopo del carbonio, comparando la successiva produzione di metano tra cianobatteri, archea e organismi eucarioti (funghi e piante). Il risultato è stato rilevante: i cianobatteri trasferiscono il carbonio nella biomassa della cellula durante la fotosintesi, convertendolo poi in metano.

Le quantità di emissioni prodotte sono minori di quelle degli archeobatteri, ma superiori alle piante e funghi presi come riferimento.

Conclusioni

Questi recenti studi dimostrano come molte specie appartenenti al phylum Cyanobacteria producano metano durante la fotosintesi e come questi stiano proliferando sia in acque dolci che salate grazie all’aumento di CO2 nell’atmosfera.

Il risultato finale di questo processo porta ad un aumento di emissioni di metano nell’aria, fattore rilevante sia per i cambiamenti climatici in atto, sia per la salute dell’uomo stesso, in quanto il metano è un gas serra e possiede un potenziale di riscaldamento globale superiore alla CO2 di 21 volte.

Bibliografia

  1. M. Bižić, T. Klintzsch, D. Ionescu, M. Hindiyeh, M. Günthel, A.M. Muro-Pastor, W. Eckert, T. Urich, F. Keppler, H.P. Grossart: Cyanobacteria, the most ancient and abundant photoautotrophs on Earth produce the greenhouse gas methane during photosynthesis. Science Advances, 15 Jan 2020: Vol. 6, no. 3, eaax5343
  2. Cyanobacteria in eutrophic waters benefit from rising atmospheric CO2 concentrations. Jingjie Ma Peifang Wang Xun Wang Yi Xu Hans W.Paerl. Key Laboratory of Integrated Regulation and Resources Development on Shallow Lakes, Ministry of Education, Hohai University, Nanjing 210098, People’s Republic of China College of Environment, Hohai University, Nanjing 210098, People’s Republic of China Institute of Marine Sciences, University of North Carolina at Chapel Hill, Morehead City, NC 28557, United States. 4 July 2019. Editor: Ouyang Wei

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