L’amore per le piante e per i microrganismi spiegata dal dott. Paride Russo (seconda parte)

Riprendiamo l’intervista con il dott. Paride Russo che ieri illustrava e ci deliziava con un discorso molto importante: l’ambiente è fortemente influenzato dal mondo vegetale e dal mondo microscopico dei microrganismi e solo se questi organismi sono in salute l’ambiente è in salute, e viceversa. Oggi parleremo di come il cambiamento climatico e l’inquinamento possano essere influenzati dalle piante e dai microrganismi.

paride russo bosco
Figura 1 – Il dott. Paride Russo durante una passeggiata nella natura

“È chiaro dai discorsi di ieri che l’ecologia dei microrganismi e delle piante sia totalmente interconnessa. Lei trova che esiste una interconnessione di questi esseri viventi anche con i recenti cambiamenti climatici?”

Le emissioni in atmosfera di CO, con il conseguente innalzamento delle temperature e i relativi cambiamenti climatici, l’uso spropositato di antibiotici, a cui segue l’antibiotico resistenza, l’utilizzo indiscriminato di pesticidi e insetticidi, immondizia gettata ai margini delle strade, attività industriali con forte impatto ambientale, pozzi petroliferi che inquinano il suolo e il sottosuolo e di conseguenza, attraverso la pioggia e il dilavamento del suolo, torrenti, fiumi e infine il mare, che raccoglie tutto l’inquinamento, dove si formano le “isole di plastica”, a cui si aggiungono sversamenti di petrolio.

Tutto questo provoca uno sconvolgimento dell’Ecosistema e della Biosfera. Noi esseri umani siamo l’ultimo anello della catena alimentare, dunque siamo quelli più impattati dall’inquinamento di cui siamo la causa. Le piante e la loro frutta che mangiamo, coltivate sul suolo inquinato da fitofarmaci e fertilizzanti chimici, che assorbono aria inquinata da sostanze tossiche, gli animali di cui ci nutriamo, che non di rado sono carichi di antibiotici e che spesso bevono acqua inquinata o si nutrono di piante cresciute su suoli inquinati da metalli pesanti; il pesce, che arriva sulle nostre tavole, che si è nutrito di microplastiche, o di residui di sversamenti più o meno accidentali.

Ma quali sono le ripercussioni sulle piante ed i batteri? Gli scienziati prevedono che i cambiamenti climatici modificheranno profondamente la biodiversità del nostro Pianeta. Il cambiamento climatico di origine antropica sta causando un riscaldamento globale molto più rapido di quelli che sono avvenuti in passato. Le piante, gli animali ed i microrganismi sono in grado di adattarsi ai cambiamenti, attraverso l’evoluzione, ma solo se questi avvengono lentamente. Un aumento improvviso della temperatura potrebbe andare oltre la capacità di adattamento di una specie, provocandone l’estinzione.

Secondo uno studio fatto negli Stati Uniti, i cambiamenti climatici mettono a rischio di estinzione quasi il 40% delle piante esistenti sulla terraferma. Come spiega Brian Enquist, professore di ecologia e biologia evoluzionistica dell’Università dell’Arizona, che ha coordinato questo studio, alcune delle piante più rare presenti sulla Terra sono abituate ai climi stabili, di conseguenza queste sono più vulnerabili agli effetti del riscaldamento globale. Da altri studi condotti sulle piante si è notato che l’anidride solforosa penetra nelle foglie attraverso le aperture stomatiche e poi da qui trasmessa al resto del tessuto che l’assorbe, dove le cellule la trasformano in acido solfidrico, solfiti e infine in solfati.

Le alterazioni da anidride solforosa si manifestano sulle foglie prevalentemente sotto forma di decolorazione e imbrunimento dei tessuti. In un recente “Consensus Statment”, pubblicato su Nature rewiews-Microbiology, un gruppo di ricercatori affronta il tema sui Microrganismi e il cambiamento climatico e fornisce diversi esempi su come il “mondo invisibile dei microrganismi” sia protagonista importante dei cambiamenti climatici. Diversi studi illustrano come il clima modifichi le attività microbiche e come queste ultime, a loro volta, intervengano nell’accelerare o mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici sulla salute dell’ambiente marino e terrestre.

“I cambiamenti climatici e l’inquinamento atmosferico che li genera è un problema che avrà ripercussioni sempre più importanti per il futuro della nostra società. Esistono degli esempi in cui piante e microrganismi sono stati utilizzati per combattere o monitorare il cambiamento climatico?”

Nel corso di centinaia di milioni di anni i microrganismi hanno sviluppato la capacità di svolgere processi biochimici che oggi possiamo utilizzare per ottenere fonti di energia rinnovabile e sostenibile, come la produzione di gas combustibili dalla fermentazione di biomasse. L’idrogeno e il biogas (una miscela di vari tipi di gas, composti principalmente da metano), per esempio, possono essere ottenuti per via fermentativa utilizzando ceppi puri o consorzi misti di batteri. I microrganismi, inoltre, svolgono un ruolo importantissimo nella degradazione delle sostanze inquinanti e hanno un ruolo cruciale nel Biorisanamento

Viene definito Biorisanamento ogni processo che impiega microrganismi, funghi, piante o enzimi derivati per eliminare inquinanti dispersi in ambiente (suolo, acqua, atmosfera) e ripristinare una condizione naturale. Un esempio di Biorisanamento ambientale con microrganismi è quello impiegato per mitigare i danni delle fuoriuscite di petrolio: in caso di sversamento in acqua di petrolio greggio, è possibile aggiungere nitrati o solfati così da stimolare la crescita di ceppi batterici in grado di decomporre i composti idrocarburici (petrolio). Una équipe di ricercatori europei ha decodificato il genoma di un batterio di estrema importanza in grado di degradare il petrolio, l’Alcanivorax borkumensis.

Questo appartiene ad un gruppo di batteri marini idrocarburo-clastici a crescita lenta, che preferenzialmente usa idrocarburi alifatici e aromatici derivati da petrolio come fonti di carbonio e di energia. Oltre a questo ci sono diversi batteri distribuiti su scala globale, che consumano idrocarburi come unica fonte di sostentamento, come Thalassolitus oleivorans, Oleiphilus messinensis, Cycloclasticus pugetii, Oleispira antarcticaMarinobacter hydrocarbonoclasticus e Neptunomonas naphthovorans, che usa naftalene come unica fonte di carbonio e di energia.

La logica applicazione dei batteri idrocarburo-clastici potrebbe dunque essere la Bio-remediation, attraverso quell’insieme di tecnologie di depurazione del suolo e del mare che utilizzano microorganismi naturali o ricombinanti, per abbattere sostanze tossiche e pericolose attraverso processi aerobici e anaerobici. Negli impianti di trattamento delle acque reflue, la biodegradazione basata sullo sfruttamento dei microrganismi presenti nei fanghi attivi è una delle strategie più importanti per rimuovere i contaminanti organici dalle acque.

In realtà ci sono dei limiti in questi trattamenti poiché molte sostanze inquinanti non vengono eliminate in modo efficiente. Per controbilanciare questi limiti è stata sviluppata la Bioaugmentation, che consiste nell’aggiungere microrganismi biodegradanti efficienti di inquinanti specifici, per migliorare la capacità di biodegradazione. Nei siti contaminati dove sono presenti anche metalli pesanti si parla di co-contaminazione, che rappresenta uno dei colli di bottiglia metabolici del Biorisanamento. La tossicità dei metalli pesanti inibisce infatti le capacità degradative dei microrganismi, a vari livelli.

Il lavoro, condotto nell’ambito del progetto TIDe (n.9260, MIUR D.M 593/2000, 2003-2006), ha permesso di isolare delle popolazioni stabili, adattate alle condizioni di contaminazione cronica e di selezionare, al loro interno, un centinaio di ceppi batterici con capacità di pluri-resistenza ai metalli pesanti e in grado di mantenere attivo il metabolismo biodegradativo verso idrocarburi e derivati, anche in loro presenza. L’uso dell’ingegneria genetica per modificare organismi e renderli specificamente adatti al degradazione di uno o più agenti inquinanti potrebbe essere un ottimo potenziale.

Alcuni siti inquinati sono nello stesso tempo anche radioattivi. Il batterio Deinococcus radiodurans (il ceppo più resistente alle radiazioni isolato fino a oggi), è stato modificato geneticamente in modo da poter degradare il toluene e ioni di mercurio, scorie nucleari altamente radioattive. Alcuni metalli pesanti, come il cadmio, il piombo o il mercurio non vengono degradati dai comuni microrganismi perché questi vengono incorporati nella catena alimentare. Si parla in questo caso di “bioaccumulo”, come il mercurio nei pesci o i metalli pesanti nei tessuti adiposi degli animali d’allevamento, che poi finiscono sulla nostra tavola.

Anche le piante hanno un ruolo importante nel Biorisanamento, si parla in questo caso di Fitorisanamento. Le piante assorbono gli inquinanti presenti in atmosfera sia in ambiente outdoor che indoor. Il Fitorisanamento è una tecnologia impiegata per rimuovere i contaminanti presenti nell’ambiente mediante l’uso di piante verdi. Le piante hanno una capacità intrinseca di gestire gli inquinanti e di assorbire le sostanze chimiche. Diverse specie mostrano vari potenziali di assorbimento e degradazione e con l’aiuto di queste, terreni, fanghi, sedimenti e acqua inquinati da contaminanti organici e inorganici vengono puliti in modo biologico. Vi sono diverse tipologie di Fitodepurazione:

  • fitodegradazione (o fitotrasformazione), che consiste nell’abbattimento dei contaminanti assorbiti dalla pianta all’interno dei tessuti vegetali attraverso il metabolismo;
  • fitostimolazione o rizodegradazione, ovvero la degradazione dei contaminanti che avviene nella zona rizosferica della pianta, dove viene  stimolata la biodegradazione microbica attraverso il rilascio di essudati radicali come zuccheri, alcoli, acidi ecc.;
  • fitovolatilizzazione, in cui le piante assorbono i contaminanti dal suolo e li rilasciano nell’atmosfera nelle forme modificate attraverso la traspirazione;
  • fitoestrazione (o fitoaccumulo), che consiste nell’assorbimento di metalli pesanti come nichel, cadmio, cromo, piombo, ecc., dal suolo con successivo passaggio nei tessuti vegetali epigei, per dislocarli dall’ambiente.

Per eliminare i metalli pesanti è possibile impiegare anche piante transgeniche che concentrano queste sostanze nelle parti aeree che possono essere recise e smaltite. Con il biorisanamento con piante transgeniche, i metalli pesanti possono essere addirittura recuperati e riciclati per scopi industriali o scartati mediante l’impiego di inceneritori a temperature controllate; la rizofiltrazione, cioè l’adsorbimento dei contaminanti nelle radici delle piante dalla soluzione del suolo o dalle acque sotterranee; un altro tipo di Fitorisanamento è basato sulla fitostabilizzazione, caso in cui alcune piante immobilizzano i contaminanti attraverso l’assorbimento da parte delle radici, l’adsorbimento sulla superficie delle radici e la precipitazione nell’area vicino queste stesse.

I microrganismi e le piante possono collaborare per ridurre le sostanze inquinanti nei suoli contaminati da metalli pesanti. Si parla in questo caso di Fitorisanamento assistito di metalli pesanti. Nella miniera abbandonata di blenda e galena (Zn e Pb) di Ingurtosu, Sardegna, sito italiano prescelto nel progetto UMBRELLA (FP7, Grant No. 226870, 2009-2012) è stato allestito un campo sperimentale dove sono stati fatti dei test impiegando un’associazione tra una pianta pioniera endemica, Euphorbia pythiusa e un consorzio di batteri nativi azotofissatori, con capacità di promuovere la crescita delle piante (microrganismi PGP, Plant Growth Promoting) e, in alcune condizioni, anche micorrize autoctone.

L’associazione di piante e microrganismi è in grado di ridurre la mobilità dei metalli pesanti, limitandone la dispersione nel suolo e nelle acque, limitando i fenomeni di bioaccumulo. Le piante sono state e vengono utilizzate anche come bioindicatori per il monitoraggio dell’ambiente. I bioindicatori sono molto sensibili all’effetto sinergico dei diversi inquinanti presenti nell’atmosfera e permettono di studiare una porzione molto ampia di territorio. Tra il 1995 e il 1997 la commissione europea ha dato il via ad un progetto pilota sull’uso di piante come bioindicatori.

Al progetto ha preso parte anche la città di Firenze, dove è stata utilizzata la Nicotiana tabacum come pianta indicatrice per il monitoraggio di ozono. Le piante indicatrici sono sensibili alla presenza di una certa concentrazione di inquinante e su di queste si formano danni visibili che vanno da variazioni del loro sviluppo alla mancanza di clorofilla (clorosi), fino alla comparsa di lesioni del mesofillo fogliare (necrosi).

Sempre a Firenze è stata utilizzata una comune graminacea, Lolium multiflorum, come pianta accumulatrice, per il monitoraggio di metalli nel suolo (Pb, Cr, Fe e Ni) e cloro. Anche i microrganismi possono essere utilizzati come bioindicatori della salute dell’Ecosistema acquatico e terrestre. Per esempio si parla di proteine dello stress, proteine che vengono prodotte da alcuni microrganismi quando questi sono esposti a contaminanti come cadmio e benzene.

“La ringraziamo per la chiarezza e la grandissima passione che trapela da questa intervista. Vuole aggiungere qualcos’altro prima di concludere?”

Facciamo parte di un Ecosistema complesso, ormai sconvolto da vasti incendi dolosi, disboscamenti incontrollati, inquinamento dell’atmosfera, del suolo e del sottosuolo, dei mari e degli oceani, di origine antropica, con conseguente innalzamento delle temperature, scioglimento dei ghiacciai, cambiamenti climatici globali, eventi metereologici estremi.

Ognuno di noi dovrebbe rispettare la Natura. Tutti noi viviamo grazie alle piante, respirando l’ossigeno che loro producono ma che, a loro volta, possono germinare, crescere  e svilupparsi solo grazie all’interazione e alla collaborazione con gli altri esseri viventi che fanno parte della Biosfera. Noi uomini rappresentiamo l’ultimo anello della catena alimentare e quindi mangiamo tutti i contaminanti bioaccumulati lungo la catena stessa. Quindi, tutte le sostanze inquinanti da noi prodotte e accumulate nella catena trofica finiscono sulla nostra tavola.

Il mondo dell’informazione dovrebbe sensibilizzare tutte le persone a reagire a questo stato di fatto. Il mondo della Scienza, le Istituzioni, i Governi, le Nazioni di tutto il mondo, in modo deciso e concorde, devono cambiare le loro politiche puntando seriamente sull’abbattimento delle emissioni dei gas serra, utilizzando fonti energetiche alternative, ridurre le fonti di inquinamento per una maggiore sostenibilità ambientale, sfruttare in pieno le biotecnologie e utilizzare i microrganismi e le piante per abbattere l’inquinamento già prodotto e che si sta ancora producendo, per poter salvaguardare la salute della nostra Terra.

Saluto e ringrazio tutti i lettori per aver dedicato un po’ del loro tempo per questa intervista. Grazie

dott. Paride Russo

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