Un microbo marino potrebbe svolgere un ruolo sempre più importante nella regolazione del clima

Lo studio rileva che i batteri contenenti rodopsine, pigmento che cattura il sole, siano più abbondanti di quanto si pensasse. A differenza delle alghe, non estraggono l’anidride carbonica (CO2) dall’aria. Probabilmente diventeranno ancora più abbondanti a causa del riscaldamento degli oceani, segnalando un mescolamento di comunità microbiche alla base della catena alimentare.

L’importanza degli oceani nel cambiamento climatico

Gli oceani sono importanti per i cambiamenti climatici perché svolgono un ruolo chiave nel ciclo del carbonio. Comprendere come funziona e quali siano gli organismi marini coinvolti ci aiuta a perfezionare i nostri modelli climatici per prevedere il clima in futuro.

Lo studio appare oggi su Science Advances. Gómez-Consarnau è l’autore principale di un team internazionale di scienziati provenienti da California, Cina, Regno Unito e Spagna.

Le rodospine ed il loro “segreto”

I risultati si discostano dalla tradizionale interpretazione dell’ecologia marina trovata nei libri di testo, in cui si afferma che quasi tutta la luce solare nell’oceano viene catturata dalla clorofilla nelle alghe. Invece, i batteri dotati di rodopsina funzionano come le auto ibride, alimentate dalla materia organica quando disponibile, come la maggior parte dei batteri, e dalla luce solare quando i nutrienti sono scarsi.

Le rodopsine sono state scoperte 20 anni fa e da allora gli scienziati dell’Università della California del Sud hanno studiato la loro prevalenza e il loro metabolismo. Questi microbi hanno sistemi proteici sensibili alla luce, le loro membrane cellulari intrappolano la luce solare, un adattamento analogo al modo in cui le verghe e i coni nell’occhio umano raccolgono la luce.

La mappa dello studio

In questo studio, i ricercatori hanno battuto una striscia di 3000 miglia dell’Oceano Atlantico orientale e del Mar Mediterraneo nel 2014. Hanno campionato i microrganismi nella colonna d’acqua fino a 200 metri nel tentativo di scoprire quanto sono diffuse le rodopsine e in quali condizioni sono favorite.

Figura 1 – Distribuzioni sezionali delle concentrazioni di pigmenti di rodospina misurate lungo il Mar Mediterraneo e nell’Oceano Atlantico orientale.
(A) Mappa delle stazioni di campionamento. (B) Distribuzione della retina nelle rodopsine. (C) Clorofilla-a (Chl-a). (D) Batterioclorofilla-a (Bcl-a). I cerchi neri indicano la profondità del campionamento. Credits: L. Gómez-Consarnau et al.

L’habitat ideale per microbi speciali

Hanno scoperto che i fotosistemi di rodopsina erano molto più abbondanti di quanto precedentemente realizzato e concentrati in acque povere di nutrienti. In tali zone oligotrofiche essi superano le alghe catturando la luce. Mentre le alghe usano la luce solare e la CO2 per produrre materiale organico e ossigeno, i pigmenti di rodopsina usano la luce per produrre adenosina trifosfato, la valuta energetica di base che guida molti processi cellulari.

Le rodopsine sembrano essere più abbondanti in un oceano povero di nutrienti e, in futuro, l’oceano sarà più povero di nutrienti quando le temperature cambieranno, quindi, con un minor numero di nutrienti vicino alla superficie, le alghe avranno una fotosintesi limitata e il processo della rodopsina sarà più abbondante.

Potremmo avere uno spostamento in futuro, il che significa che l’oceano non sarà in grado di assorbire tanto carbonio quanto oggi. Quindi più gas CO2 potrebbe rimanere nell’atmosfera e il pianeta potrebbe riscaldarsi più velocemente.

Finora, le simulazioni al computer di come potrebbe essere il riscaldamento globale in futuro non tengono conto di questo spostamento microbico.

Precedenti studi hanno dimostrato che le rodopsine comprendono circa l’80% dei batteri marini, sulla base di analisi genetiche. Ma questo è il primo studio per misurare effettivamente la loro concentrazione nell’oceano e dove a loro piace riunirsi.

Produttori di energia o decompositori?

Lo studio sottolinea come gli scienziati stanno imparando nuovi percorsi attraverso i quali gli organismi ottengono energia per vivere. Ad esempio, sanno da tempo che le piante e le alghe usano la clorofilla per convertire il sole e i nutrienti in zuccheri; infatti, circa la metà di tutta la fotosintesi sulla Terra viene eseguita dalle alghe sulla superficie dell’oceano.

Hanno anche scoperto la vita nel fondo supportata dall’energia chimica da minerali e composti chimici rilasciati dalle aperture vulcaniche degli oceani profondi. In questa ricerca, hanno imparato che i batteri, a lungo considerati principalmente decompositori in un ecosistema, possono effettivamente funzionare come principale produttore di energia sulla superficie dell’oceano.

Quale sarà l’impatto di tali microbi sui nostri oceani?

Si stima che, date le concentrazioni trovate nell’acqua di mare, le rodopsine potrebbero catturare più energia luminosa della clorofilla nell’oceano.

Questi risultati cambiano il presupposto fondamentale che la biosfera marina sia alimentata solo dalla luce solare catturata dalle clorofille durante la fotosintesi delle alghe.

Significa anche che, anni in futuro, le comunità microbiche si sposteranno, probabilmente, determinando una minore fissazione del carbonio nell’oceano. Per valutare appieno come i risultati influenzano la capacità dell’oceano di assorbire i gas serra, i flussi di CO2 nei sistemi marini dovranno essere rivalutati e i futuri modelli climatici dovranno includere questo metabolismo batterico.

Fonte:

  • L. Gómez-Consarnau at Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) in Ensenada, México el al., “Microbial rhodopsins are major contributors to the solar energy captured in the sea,” Science Advances (2019). advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw8855

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