La crioconite e le comunità microbiche glaciali

Il nostro pianeta è per il 71% della sua superficie coperto dall’acqua, di cui il 97% è acqua salata e il 3% acqua dolce. Di questo 3%, il 68% è sotto forma di ghiaccio. Parliamo chiaramente di percentuali approssimative, soprattutto per quanto riguarda la presenza del ghiaccio. Il ghiaccio, infatti, compone i ghiacciai, che rappresentano i più grandi serbatoi d’acqua dolce del nostro amato pianeta. Proprio questi sono sottoposti ad un continuo e sempre più crescente stress; per essere più specifici, molteplici fattori di stress. Questi inducono una – sempre maggior – riduzione delle dimensioni dei ghiacciai con conseguenze preoccupanti per l’ambiente. Anche i ghiacciai però non esulano dalla presenza di forme di vita microbiche; sono inoltre oggetto di studio rappresentando ambienti estremi in grado di fornirci dettagli importanti sulle comunità microbiche glaciali. Quest’ultime si sono rivelate, nel tempo, particolarmente interessanti in quelle che vengono definite sacche di crioconite.

Ghiacciai

Un ghiacciaio rappresenta un corpo di ghiaccio, una grande massa per essere precisi, ritrovabile nelle regioni montane e polari. La terminologia riguardante le formazioni nevose perenni e i tipi di strutture che possono formare sono particolarmente vaste, motivo per cui dedicheremo attenzione a questo tema in modo tale da fornire le basi per introdurre l’argomento oggetto dell’articolo. I ghiacciai hanno origine dal continuo accumulo di nevi, che sotto l’azione del gelo e della pressione dovuta all’ammassamento di strati si compatta portando alla formazione delle strutture ghiacciate. Essi ricoprono all’incirca il 10% della superficie terrestre, nonostante rappresentino, come già detto, il più grande serbatoio d’acqua dolce del pianeta.

Ghiacciai, crioconite e comunità microbiche glaciali
Figura 1 – Ghiacciaio (Neko Harbour, penisola Antartica). [Fonte: wikimedia.org]

Possiamo distinguere:

  • Le calotte glaciali continentali (anche chiamate inlandsis in norvegese)
  • Ghiacciai montani

Le prime sono estensioni ampissime di ghiaccio, dovendo superare per definizione i 50.000 km2. Sul nostro pianeta, attualmente, contiamo due calotte di ghiaccio, precisamente in Groenlandia e in Antartide. Queste formazioni ghiacciate, a volte, possono estendersi alla superficie dell’oceano venendo definite piattaforme di ghiaccio (tavolate di ghiaccio o barriere di ghiaccio; Fig. 2), da cui hanno poi origine gli iceberg in seguito al distacco, per motivi differenti, di loro porzioni.

Fronte della piattaforma di ghiaccio di Ekstroem - Crioconite
Figura 2 – Fronte della piattaforma di ghiaccio di Ekstroem. [Fonte: Hannes Grobe]

E la crioconite?

Seppur il termine crioconite possa ispirare l’immaginazione creando una versione sci-fi alternativa della kryptonite anti-superman, essa non lo è proprio. I ghiacciai sono dei veri e propri ecosistemi d’acqua dolce, e su di essi possiamo ritrovare quelle che vengono definite sacche di crioconite. Definendo finalmente la crioconite, essa non è altro che una matrice di particelle minerali e materiale biologico che si deposita sui ghiacciai tramite il vento o il flusso d’acqua di fusione; con acqua di fusione intendiamo il prodotto della fusione del ghiaccio in una zona del ghiacciaio che trasporta questi materiali. Quasi per caso si potrebbe ipotizzare una possibile correlazione fra la distribuzione dei microrganismi tramite il vento e la distribuzione di queste sacche di crioconite; ma tralasciando ipotesi che potrebbero essere approfondite tramite l’aerobiologia e ritornando alle sacche di crioconite, quest’ultime rappresentano delle particolari nicchie che vanno a crearsi sui ghiacci del mondo intero.

comunità microbiche glaciali
Figura 3 – Strato di crioconite sulla superficie di un ghiacciaio. [Fonte: Ville Miettinen]

Esse sono caratterizzate da una bassissima albedo, in soldoni la frazione di luce riflessa dalle superfici, rispetto al ghiaccio circostante. Queste assorbono calore, inducendo la fusione degli strati sottostanti di ghiaccio e generando ambienti perfettamente utilizzabili da forme di vita microbiche. Provvedono, inoltre, a creare una protezione costante dai continui cambiamenti di temperatura dell’aria e dai raggi UV.

Stress estremi, extraterrestri?

Vaste lande ghiacciate e temperature proibitive, apparente assenza di vita e desolazione, insomma a chi non verrebbero in mente i satelliti dei pianeti del nostro Sistema solare, come Encelado (Fig. 4) ed Europa. Nonostante si tratti di ambienti terrestri, questi possono rivelarsi simil-extraterrestri per l’estremità delle condizioni di vita a cui gli organismi sono adattati.

Encelado
Figura 4 – Encelado [Fonte: NASA/JPL Photojourna]

In particolar modo, siamo in grado di rivelare veri e propri micro-ecosistemi nelle sacche di crioconite dei sistemi glaciali. Diverse sono le condizioni a cui i microrganismi si adattano; parliamo di cicli di gelo-disgelo continui, valori di pH e salinità estremi e limitate fonte di carbonio (e nutrienti). In aggiunta a ciò, queste condizioni ambientali tendono a cambiare seguendo velocità notevoli e in ampi range non possedendo una vera e propria stabilità, seppur questi sistemi sembrino inerti. La maggior parte dei microrganismi, ritrovati nelle sacche di crioconite, sono batteri e lieviti aerobi facoltativi.

Microrganismi estremofili

In un particolare studio, condotto su campioni prelevati da 3 siti polari (Svalbard, Groenlandia e Antartico), i ricercatori sono stati in grado di definire i limiti fisiologici di alcuni cluster di comunità microbiche glaciali. Attraverso la tecnica MPN (Most Probable Number) e l’utilizzo di terreni specifici per microrganismi aerobici e anaerobici sono stati in grado di analizzare 35 isolati batterici e 9 fungini. Da questi hanno riscontrato una predominanza (79%) del phylum degli Actinobacteria, seguita da una minor percentuale di Bacteroidetes (18%) e Proteobacteria (3%); identificati grazie al sequenziamento delle loro porzioni dei geni 16s rRNA. Tra l’altro, sono giunti alla conclusione che, data la particolare ricchezza in ossigeno di questi ambienti, i microrganismi aerobici e il loro metabolismo risulta dominante. Questo non implica l’assenza di nicchie anossiche, in realtà abbastanza diffuse, dove poter ritrovare microrganismi anaerobici. Gli organismi aerobici sono stati coltivati in temperature fra 0.2° C e 20° C, mentre invece quelli anaerobici risultavano dominanti a temperature intorno ai 0.2° C; a circa 30° C i primi diminuivano drasticamente, mentre i secondi presentavano tassi di crescita inalterati.

Limiti dei microrganismi crioconitici

Volendo far riferimento allo studio precedente, cercando di disegnare un quadro chiaro dei limiti di questi microrganismi, bisogna riassumere attraverso una media dei valori riscontrati. Essi sono in grado di svilupparsi in ambienti estremamenti alcalini (fino ad un pH pari a 11) e al contempo enormemente acidi; ciò riguarda specialmente i lieviti in grado di sopportare valori di pH pari a 3. Questo si unisce ai valori di salinità che si attestano in alcuni casi su una percentuale del 5-6%. La salinità di questi luoghi, in particolar modo, sembra favorire la protezione al freddo e ai frequenti cicli di gelo-disgelo; infatti, i microrganismi sono in grado di sopravvivere in vene saline all’interno della struttura cristallina del ghiaccio. I funghi in particolar modo sembrano resistere a valori di salinità fino al 24%.
Una delle possibilità vagliate dai ricercatori consiste nel fatto che questa resistenza alla salinità possa essere un sottoprodotto della resilienza ad altri fattori ambientali, come l’alta concentrazione di raggi UV, la deidratazione o il congelamento. Riguardo a quest’ultimo, essi sono in grado di tollerare le temperature estreme grazie all’escrezione di proteine anticongelamento e sostane polimeriche extracellulari. Per definizione, gli isolati batterici di queste sacche vengono definiti psicrotolleranti, poichè in grado di proliferare al di sopra dei 22°C; al contempo, i lieviti crioconitici vengono invece definiti psicrofili, dal momento che sono in grado di fronteggiare largamente temperature più basse. I fattori coinvolti nella sopravvivenza dei batteri sono molteplici, tra cui contiamo la struttura dell’envelope cellulare, i pigmenti interni, l’escrezione di peptidi anticongelamento e i soluti.

La crioconite e gli estremi

La maggioranza dei microrganismi di questi micro-ambienti è quindi sottoposta ad un’ampia gamma di condizioni ambientali. Motivo per cui definiamo estremi questi tipi di ambienti, e per cui essi siano sottoposti ad attenzione della comunità scientifica. Si può quindi affermare che le sacche crioconitiche ospitino comunità microbiche glaciali attive e anche microrganismi coltivabili. Inoltre, grazie alle condizioni in cui i ricercatori sono stati in grado di coltivare i microrganismi anaerobici, si può aggiungere che essi siano particolarmente dominanti durante l’inizio o la fine della stagione di fusione dei ghiacci. Nonostante descriviamo comunità microbiche glaciali, secondo i dati prodotti, sembra quasi che queste abbiano in comune caratteristiche con comunità microbiche di altri ambienti estremi, come ad esempio la resistenza all’elevata salinità, pur trattandosi di un ambiente d’acqua dolce. Dallo studio di questi ambienti potremmo ottenere potenziali dati su possibili forme di vita ritrovabili su altri corpi celesti? Solo il tempo e l’impegno nella ricerca potrà rivelarcelo; per ora – nel mentre- godiamoci la costante meraviglia innescata dalla vita sul nostro pianeta, in grado di presentarsi negli ambienti più impensabili ed estremi.

Luigi Gallucci

Fonti

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