Metanotrofi, batteri di corteccia. E le emissioni calano!

Melaleuca. Per chi pratica, o, per lo meno, conosce, la fitoterapia, è un nome che spalanca numerosi orizzonti d’intervento funzionale, su svariate forme d’infezione, a diversa eziologia microbica. Gli olii essenziali, infatti, prodotti e custoditi in questo diffusissimo vegetale infestante, sono veri e propri farmaci, quandanche naturali. Ma nulla, è solo ciò che ci appare, o per cui ce ne serviamo. E così, si scopre che la corteccia di quest’albero ospita batteri, metanotrofi (o batteri metano ossidanti, MOB), ben lieti di consumare la frazione di metano rilasciata dalla stessa pianta. Senza saperlo, essi, dunque, riducono le, pur minime, emissioni vegetali. Che, però, si sommerebbero alle nostre colpe, climalteranti.

Gli alberi: serbatoi di metano, e non solo

Che le foreste, soprattutto le fittissime tropicali, siano una riserva, certa, di carbonio, è un perno, ormai, della nostra teoria ecologica. Esse sono, però, anche fonte naturale di protossido di azoto (N₂O) e di metano (CH₄ ), gas serra, entrambi, dalle potenzialità di surriscaldamento atmosferico notevoli (GWP di 265-298 e 28-36 su 100 anni, rispettivamente). Secondo quanto rilevato, in uno studio condotto da Katerina Machacova e colleghi, infatti, l’emissione netta di N₂O dei suoli di foresta tropicale corrisponderebbe a 4.76 kg ha⁻¹ yr⁻¹ . Nel caso del metano, i suoli di foreste tropicali, crescendo in immersione, detengono il vero titolo di sorgenti di tale gas. Lo devono, alle prevalenti condizioni anaerobiche, richieste dalla metanogenesi. In un suolo, peraltro, saturo d’acqua, e dotato di batteri metanogeni.

Entrambi i gas, poi, possono essere rilasciati in atmosfera mediante gas diffusione, a livello di superficie, o per ebollizione, in aree francamente allagate.

A tutto ciò, possono contribuire anche le piante:

con l’apparato radicale, captando i gas dal suolo, le piante li trasportano in atmosfera, mediante flussi di traspirazione dell’aerenchima, tessuto ricco di ampi spazi intercellulari;
per produzione diretta dei gas, nei loro tessuti vegetali;
consumando i due composti gassosi, in atmosfera, con meccanismi non specifici;
e, persino, alterando i processi di turnover di azoto e carbonio, nei suoli adiacenti.

Non manca, il contributo delle coperture, con crittogame, dei fusti d’albero: licheni, epatiche, muschi, felci. Nascoste per definizione, giocano, anch’esse, in incognito, un ruolo negli scambi gassosi, dei composti-traccia volatili. Una bilancia, eterna e simultanea, di produzione e consumo.

Effetto serra, emissioni di metano e batteri metanotrofi

Il metano è da 32 ad 87 volte più climalterante dell’anidride carbonica. Per questo, le emissioni gassose, dalle cortecce di alcune specie arboree, sono sotto osservazione della comunità scientifica. Le specie vegetali sono, sulla terra, nell’ordine dei trilioni. La decodificazione, perciò, dei meccanismi di formazione e moderazione delle loro emissioni gassose è di importanza capitale.

Dai primi anni del 2000, la famiglia batterica dei MOB risulta nota, per la capacità di sottrarre il gas serra alla sommazione atmosferica. Da allora, quindi, il loro contributo, nei suoli pluviali, è molto ben documentato. Ma, le unità tassonomiche operative, di batteri metanotrofi, sono rare e, prima di questo lavoro, dall’incidenza ancora inquantificabile.

Lo studio

Per valutare l’attività dei batteri metanotrofi, i ricercatori, guidati da Luke C. Jeffrey, hanno monitorato le concentrazioni di metano, nonchè il frazionamento isotopico, all’interno di bottiglie a tenuta, in cui fosse stato immesso del metano, insieme ai campioni freschi di Melaleuca quinquenervia.

Poichè l’isotopo marker impiegato, ¹³C–CH₄, contiene legami leggermente più forti, i batteri MOB consumano preferibilmente ¹²C–CH₄, innescando, così, il frazionamento isotopico. Qui, i ricercatori hanno registrato notevoli variazioni nelle percentuali di ossidazione del metano, nella doppia serie sperimentale, condotta, ognuna, in un laboratorio a sè stante.

Di certo, nessun consumo di metano, o frazionamento, avviene in cortecce sterilizzate. Mentre, il fattore medio di frazionamento isotopico, osservato, tra i campioni sperimentali di corteccia, risulta simile, in ben tre siti di prelievo: uno alla base dei fusti, due a livello di inondazione dell’acqua.

Prime avvisaglie sperimentali, del contributo dei metanotrofi

I fattori di frazionamento, nello studio, sono risultati più elevati rispetto ai referimenti, dati in letteratura. Anche contando, quelli relativi ai suoli emersi, di foreste temperate, e tropicali, di zone umide sub-tropicali e risaie. Il valore dell’indice α, dunque, può ben manifestare le differenti, e superiori, concentrazioni di metano, rispetto alle naturali contingenze, in campo. Ma può, ugualmente, essere avvisaglia, precoce, di abbondanza di comunità batteriche, nella corteccia campionata.

L’ossidazione di metano, infatti, è strettamente correlata a tale massiccia presenza di batteri metanotrofi MOB. Per quantificare i quali, quindi, i ricercatori hanno applicato metodi d’analisi molecolare (PCR quantitativa). Per identificarli, invece, il sequenziamento di ampliconi. L’rRNA 16 S, per le comunità batteriche totali; il gene omoA, per le comunità di MOB. Mediante 14 campioni di corteccia, del basso fusto. Il gene omoA, codifica per una subunità della metano monoossigenasi, quindi è marcatore di metanotrofìa aerobia. Ed i dati, lo collocano, in ogni campione, in numerose copie. Paragonabile, dunque, al profilo dei sedimenti delle terre umide.

L’abbondanza relativa di MOB è spiccatamente alta, nelle comunità microbiche di corteccia, in pieno contrasto con la loro scarsità in durame ed alburno, di altre specie arboree. Populus deltoides, per esempio.

Chi sono, dunque, i voraci metanotrofi, che salveranno l’atmosfera?

L’incremento della varietà di composizione, nei batteri MOB, ha, quindi, rivelato comunità microbiche uniche e distinte da quelle di adiacenti sedimenti, ed acque. Anche ben adattate al pH acido di corteccia. Più della metà, della comunità batterica totale, comprende 5 generi: Mycobacterium, Acidocella, Occallatibacter, Conexibacter, ed il genere MOB del Methylomonas Quest’ultimo, rappresenta il genere dominante, nelle comunità metanotrofe, secondo l’analisi della comunità batterica totale e MOB.

Altri membri acidofili, dello stesso genere, sono, invece, associati a Sphagnum (figura 1), i muschi della torba, e dimostrano di mitigare significativamente le emissioni di metano delle terre umide. Evidentemente, i Methylomonas sono, davvero, ben adattati alla vita vegetale.

Sphagnus, o muschi della torba, sono spesso associati a batteri metanotrofi acidofili, in grado di ridurre le emissioni di metano. — Figura 1 – Sphagnum
Fonte [thespruce]

Melaleuca quinquenervia, che ospita batteri metanotrofi, consumatori del metano prodotto dalla stessa pianta di pianura. — Figura 1 – Sphagnum
Fonte [thespruce]

Molti alberi, inoltre, ospitano anche nutrite linee di Methylacidiphilaceae, metanotrofi acidofili, phylum Verrucomicrobia, che ampliano, quindi, le nicchie arboree dei MOB.

Il contenimento delle emissioni di metano

Per confermare e quantificare l’attività dei MOB, nella moderazione delle emissioni gassose in atmosfera, da tronchi d’albero (in situ), i ricercatori hanno allestito esperimenti con difluorometano (DFM), su 88 esemplari di Melaleuca quinquenervia (figura 2), in regioni basse del tronco. L’impiego, infatti, di inibitori specifici della metanotrofìa, consente, poi, la stima delle percentuali di ossidazione di metano, da parte dei batteri metanotrofi, nelle condizioni sperimentali.

E, dunque, basse concentrazioni di DFM (CH₂F₂ ), nello studio, già inibiscono, effettivamente e temporaneamente, la metanotrofìa batterica. Competono, infatti, come substrato, per la metano monoossigenasi, senza, tuttavia, influenzare la metanogenesi.

Per giungere a questo, i ricercatori hanno, prima, misurato i flussi di metano nel fusto di Melaleuca quinquenervia, in replicato. Poi, un’ora dopo, è stata apportata aggiunta di DFM, in tre camere a flusso. Un netto e positivo cambiamento, emerge, in tutte e tre le camere, chiarendo, con ciò, che i batteri MOB siano presenti, ma realmente inibiti.

Cronache analitiche e prospettive

I cambiamenti nel bianco, ovvero nel campione di controllo, delle misurazioni, provenienti dalle camere con annesse repliche (in totale 39 saggi), senza DFM, si sono distribuiti intorno allo zero. Esattamente all’opposto, rispetto alle misure con DFM. Le variazioni, nelle percentuali di flusso di metano, oscillano tra -55%–187% e -36%–35%, per DFM e controllo, rispettivamente. In alcuni casi, valori anomali (sia positivi che negativi) si rintracciano a livello di posizioni di flusso di metano più bassi; più sensibili, quindi, alla fine variabilità.

Tuttavia, non pare possibile escludere del tutto, nelle misurazioni, condotte in condizioni sperimentali piane, e tempi rapidi, una variabilità temporale. Tanto nell’ossidazione di metano, quanto nella sua produzione.

Sono ancora risultati di primo livello, questi, è vero. Ma la stima, ricavata dell’intervento batterico, sulla mitigazione delle emissioni vegetali di metano, si aggira intorno al 36%, nella specie Melaleuca quinquenervia. E, soprattutto, lo studio fornisce definitiva evidenza dell’attiva ossidazione dei metanotrofi, in unica comunità. Tutti dati, questi, che confluiscono, poi, nel fiume di studi sul ripristino dell’integrità dell’atmosfera terrestre.

Se, quindi, i MOB si configurassero come un connotato ubiquitario, nella corteccia di tutti gli alberi che emettono metano, l’intera struttura concettuale, sul ciclo globale del metano, dovrà essere rivista. Naturalmente, la corteccia di Melaleuca quinquenervia rappresenta, qui, l’optimum, tanto, come habitat di comunità di metanotrofi, quanto, come vettore dei flussi di metano. Si attendono, perciò, ulteriori approfondimenti, che coinvolgano altre specie arboree, dotate di più strati di corteccia, densa e legnosa.

Ed ancora, l’ecofisiologia dei batteri MOB, mediante la metagenomica, la determinazione spaziale e la distribuzione geografica, attendono lo sguardo della ricerca, per schiudere nuovi, percorribili, tragitti, verso la migliore tutela possibile, della nostra volta gassosa.