Microbial loop e viral shunt, l’importanza dei microorganismi del mare

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Il mare da sempre è considerato un grande tampone biologico, insieme al Fitoplancton, popolazioni batteriche e virali con il microbial loop ed il viral shunt, resistono senza sosta ai fenomeni di acidificazione dei mari e riscaldamento globale.

In questo articolo parleremo dell’importanza dei batteri e virus nel trasferimento di energia tra ecosistemi marini ed il loro ruolo nei cicli biogeochimici.

In tutti i mari del mondo, la comunità microbica è fondamentale. Il sistema mare veniva classificato come una catena trofica lineare, formato da alghe, organismi consumatori e predatori. In realtà, lo studio del circuito detritiale ha cambiato la visione del funzionamento di ecosistemi marini.

DOM e POM

Ad ogni livello trofico vengono rilasciati nell’ambiente acquatico due pool in equilibrio dinamico tra loro, la DOM (materia organica disciolta) e la POM (materia organica particellata). In un ciclo di importo ed esporto, di particellato organico ed inorganico, si è scoperto che il POM è fondamentale per organismi planctonici e benthos, i quali filtrano le particelle e trattengono i nutrienti.

Inoltre, in mare esistono molti organismi sia macroscopici e microscopici specializzati nell’utilizzo della DOM, specialmente i batteri.

ciclo del detrito
Figura 1 – Il ciclo del detrito [credits mna.it]

La materia organica biodegradabile è per lo più presente sotto forma di biopolimeri macromolecolari, che non possono essere direttamente assunti dalla cellula microbica. Tali composti complessi, pertanto, devono essere idrolizzati da esoenzimi che li trasformano in substrati monomerici più semplici.

Il circuito microbico (Microbial loop)

Una volta assunti dai batteri, i substrati possono essere catabolizzati o respirati o usati per la produzione di biomassa batterica. Il recupero della sostanza organica disciolta per via batterica costituisce il cosiddetto “microbial loop”, del quale fanno parte, oltre ai batteri eterotrofi, i nanoflagellati eterotrofi ed i ciliati.

microbial loop
Figura 2 – Microbial loop [credits: researchgate.net]

I batteri riescono ad utlizzare la DOM che altrimenti andrebbe persa dalla rete trofica e la trasformano in nuova biomassa.

I batteri eterotrofi assumono, perciò, un ruolo fondamentale nell’ecosistema marino e da semplici remineralizzatori acquistano funzioni diverse:

  1. Decompongono la DOM e POM;
  2. Diventano risorsa di cibo per le specie nella catena trofica superiore;
  3. Diventano competitors del fitoplancton dei composti organici e POM;
  4. Pre-digeriscono la materia organica refrattaria, risorsa di POM ed azoto.

Il passaggio successivo diventerà la conversione della biomassa procariotica in altra biomassa dei livelli trofici superiori. Questo step è costituito dai protozoi eterotrofi (principalmente nanoflagellati) che regolano l’abbondanza dei batteri secondo la dinamiche di tipo preda-predatore, e costituiscono anche una fonte alimentare per gli organismi che appartengono ai livelli trofici superiori.

Il circuito virale (Viral Shunt)

Tutti gli organismi possono essere infettati da virus. Una cellula fitoplanctonica oppure una cellula procariotica entra in contatto con un virus, casualmente, quest’ultimo aderisce alle pareti dell’ospite e infine penetra all’interno per iniezione diretta del suo materiale genetico o per endocitosi da parte della cellula ospite.

Si tratta quindi di un meccanismo biologico marino, dove i i virus esercitano un controllo a feedback negativo sul microbial loop. La scoperta di quantità esorbitanti virali in determinati ecosistemi ha dato via allo studio del ruolo del microbial loop e del viral shunt, al fine di fornire un tassello fondamentale degli ecosistemi marini.

ruolo dei virus
Figura 3 – Il ruolo dei virus [credits: nature]

Possiamo quindi riassumere il viral shunt come un controllo negativo sulla biomassa fitoplanctonica e batterica, processo mediato dalla lisi virale, che converte la biomassa in DOM. La DOM utilizzata dai batteri e convertita in biomassa potenzialmente disponibile ai livelli trofici superiori può essere ri-trasformata in DOM poichè i procarioti e gli altri organismi andranno in lisi virale. (Il microbial loop porterà DOM ai livelli trofici superiori, mentre, il viral shunt restituisce DOM ai batteri).

Viral shunt
Figura 2 – Viral shunt [credits: wikipedia]

La pressione virale è quindi in grado di modificare l’intero circuito, alcuni studi hanno dimostrato che popolazioni virali maggiori possono ridurre la quantità di export di carbonio in mare attraverso la trasformazione della materia organica vivente in detrito particellato o disciolto e favorire la conversione in carbonio inorganico disciolto attraverso la respirazione e la fotolisi.

Fonti:

  • Biologia marina. Biodiversità e funzionamento degli ecosistemi marini. Roberto Danovaro
  • http://www.mna.it/sites/default/files/in_antartide/batterioplancton%20e%20microbial%20loop.pdf
  • Microorganisms in ballast water: Disinfection, community dynamics, and implications for management
  • https://www.researchgate.net/publication/329437609_Microorganisms_in_ballast_water_Disinfection_community_dynamics_and_implications_for_management

Umberto Lazzaro

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