Nuvole, esplorando il funzionamento microbico

Uno studio condotto in Francia ha effettuato un profiling comparativo metagenomico / metatrascrittomico delle comunità microbiche presenti nell’acqua delle nubi. L’obiettivo? Ottenere informazioni sul funzionamento metabolico delle cellule microbiche nelle nuvole

Piedi a terra e sguardo rivolto alle nuvole!

Quante volte succede! Più o meno numerose, stravaganti e dalle forme spettacolari, questi insiemi di minute particelle d’acqua condensata e/o cristalli di ghiaccio sospesi nell’atmosfera hanno da sempre attratto la nostra attenzione. Sono molte le domande che riguardano le nubi: come e perché si formano, di cosa sono fatte o a cosa si deve il loro colore.

Un quesito che forse non ci si pone abitualmente riguarda la vita microbica sulle nuvole. Esiste? Un interrogativo insolito! Tuttavia, una curiosità del genere è assolutamente legittima per i romantici appassionati di microbiologia e la risposta è…sì! Già da tempo, gli scienziati hanno dimostrato che spesso le particelle attorno alle quali si formano i microscopici cristalli di ghiaccio che costituiscono le nuvole sono di origine biologica e che sono coinvolte anche nei processi di precipitazione e reattività chimica di questi ambienti complessi e dinamici. 

L’atmosfera esterna ospita gruppi microbici composti da batteri, funghi e virus

Nell’ultimo decennio, più studi hanno fornito nuove intuizioni sul funzionamento degli ecosistemi microbici e sulle relazioni che i microrganismi mantengono con il loro ambiente. Questi sono stati descritti nei suoli, negli oceani, nell’intestino umano e altrove. Eppure, nell’atmosfera, dove l’attività biologica partecipa potenzialmente ai processi fisici e chimici, l’espressione genica microbica e il funzionamento metabolico rimangono in gran parte inesplorati, in una certa misura a causa della scarsa biomassa e delle difficoltà di campionamento.

Microbes are in the air

Da dove vengono i microbi aerotrasportati? La maggioranza proviene da ambienti naturali. Una volta allontanate dalle superfici a opera del vento, di gocce di pioggia o tramite urti, le cellule microbiche vengono trasportate verso l’alto da flussi turbolenti. In seguito, rimangono sospese per una media di circa 3 -10 giorni, un tempo abbastanza lungo per essere spostate su lunghe distanze e infine depositate.

La sopravvivenza dei microrganismi è naturalmente compromessa durante il trasporto atmosferico, ma una frazione rimane vitale. Ad alta quota, gli ambienti particolari offerti dalle gocce delle nuvole sono considerati sotto alcuni aspetti come habitat microbici temporanei. Gli stessi aerosol microbici possono contribuire a formare nuvole e scatenare la precipitazione funzionando come nuclei di condensazione delle nubi e nuclei di ghiaccio.

La prima immagine molecolare delle condizioni di vita microbiche nello strato superiore della biosfera

Gli studiosi hanno prelevato i campioni di acqua delle nuvole dalla stazione metereologica di Puy de Dôme (1465 metri s.l.m., Francia). In seguito, hanno amplificato ed esplorato i metagenomi e i metatrascrittomi per esaminare la biodiversità e le funzioni biologiche.

L’analisi comparativa — si legge nell’articolo — ha messo in luce un diverso sistema biologico guidato da procarioti“. Il metabolismo è risultato apparentemente diretto in gran parte verso l’acclimatazione in un ambiente esigente. Poiché i campioni sono stati raccolti durante la notte, gli esperti non hanno potuto rilevare l’attività di fotosintesi, ma la presenza di diversi organismi fototrofi indica che potrebbe potenzialmente verificarsi.

I microrganismi viventi, essenzialmente i batteri, hanno mantenuto l’attività trascrizionale ed espresso molte risposte fisiologiche complementari intese a combattere ossidanti, variazioni osmotiche e freddo. “Queste — spiegano gli scienziati — includevano attività di disintossicazione da ossidanti e regolazione, sintesi di osmoprotettori/ crioprotettori, modifiche delle membrane e assorbimento del ferro“. Tali processi energetici sono stati alimentati dai pathways metabolici centrali coinvolti nella risposta allo stress ossidativo e nella gestione redox dell’omeostasi, come la via del pentoso fosfato e il ciclo del gliossilato.

I batteri, inoltre, hanno sintetizzato biosurfattanti, in grado di influenzare la formazione delle nubi e gli scambi tra fase liquida e gassosa, e adesine, potenzialmente utili per la sopravvivenza.

Occhi puntati sulle nubi

I risultati, dunque, supportano l’ipotesi di un’influenza biologica sui processi fisici e chimici delle nuvole (figura 1), che agisce, in particolare, sulla capacità ossidante, speciazione e disponibilità del ferro, sulla distribuzione degli amminoacidi e sui destini di carbonio e azoto.

Riassunto schematico dei principali impatti probabili dell'attività microbica sui processi relativi alle nuvole.
Figura 1 – Riassunto schematico dei principali impatti probabili dell’attività microbica sui processi relativi alle nuvole. I processi biologici e i loro targets sono indicati dalle frecce verdi, mentre le frecce rosse indicano i processi abiotici. EPS: esopolisaccaridi SOA: aerosol organico secondario. (Scientific Reports, 2019)

“Lo studio — scrivono autori del lavoro pubblicato sulla rivista Scientific Reports dà un’immagine senza precedenti delle condizioni di vita microbica nelle nubi e specifica possibili effetti biologici sulla reattività chimica”.

Angela Chimienti

Fonte:

  • Pierre Amato, Ludovic Besaury, Muriel Joly, Benjamin Penaud, Laurent Deguillaume & Anne-Marie Delort, Metatranscriptomic exploration of microbial functioning in clouds, Scientific Reports (2019) 9:4383 | doi.org/10.1038/s41598-019-41032-4 [Open Access] Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Crediti immagini:

  • Figura 1  Pierre Amato, Ludovic Besaury, Muriel Joly, Benjamin Penaud, Laurent Deguillaume & Anne-Marie Delort, Metatranscriptomic exploration of microbial functioning in clouds, Scientific Reports (2019) 9:4383 | doi.org/10.1038/s41598-019-41032-4 [Open Access] Creative Commons Attribution 4.0 International License.
  • Immagine in evidenza  Foto di Free-Photos da Pixabay 

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