Permafrost, sostanza organica e funghi: le tre Parche

La vita è un bilico ostinatamente perfettando, sul filo del disequilibrio organico, e del disordine entropico. Nella materia, il disordine è anche stasi gelata, permanente, non ovvio, convulso, vorticare di frammenti e particelle. Il permafrost, una delle supreme invenzioni autogene, sequestra gran quota della costosa sostanza organica. Come credito, tenuto al riparo dal patente scialacquamento. Ed a guardia, reti interconnesse di microrganismi: i funghi. Primi, nel risentire delle ferali variazioni epocali di clima, nei suoli crioturbati, in cui durano. Tre, platoniche Idee, forzose, dunque, che filano il nostro esistente. Anche se, da tanto, in vero, le forbici, le inforcano le nostre mani.

Mitopoiesi ed ecologia del permafrost

«Ma perché lei che dì e notte fila,
non gli avea tratta ancora la conocchia,
che Cloto impone a ciascuno e compila…»
                                                                                                                 Divina Commedia, Purgatorio, Canto XXI, 25-27.
Come le Parche, permafrost, sostanza organica e funghi, tengono in mano il filo del nostro esistere.
Figura 1 – Bernardo Strozzi, “Le tre Parche”, 1635 ca., olio su tela, Collezione Bonomi (Milano).
Fonte [wikipedia].

La cultura ermetica ed alchemica dei secoli XVI e XVII, figlia irredenta del trascendente medievale, e nipote sfacciata della temperie greca classica, ha inciso l’ottundente inquietudine collettiva, e fatto lacrimar fuori il principio di ciclicità, di nigredo ed albedo, del regressus ad uterum. Vita, morte, vita. Come Bernardo Strozzi (1581-1644), detto il Cappuccino, in ragione della duplice veste, talare ed artistica, che attingendo ad un tòpos eterno, ha reso fiammingamente, cupamente, il principio. Vecchie arcigne, tessitrici di destini (figura 1). Le Parcae.

Parca. Dalla radice latina par, del verbo pario, partorire. Parca. In origine si trattava, infatti, di una sola, singola, divinità. Nume tutelare della nascita. Poi, la ribollente fucina mitopoietica romana, le affiancò Nona e Decima; trasformando lei, in Morta. Nona e Decima, a presiedere gli ultimi mesi di gravidanza, forse; o, più suggestivamente, Nona a governo delle femmine (il cui nome, veniva imposto 8 giorni, dopo la nascita), Decima a guida dei maschi (il cui nome giungeva, invece, a 9 giorni, dalla prima luce).

«Tria Fata», i tre fati, i destini, cioè, dell’umana gente: nascita, vita e morte. Riflessi delle greche Moire: Cloto (“io filo”), Làchesi (“destino”) ed Atropo (“inevitabile”). Una forzatura, un mero esercizio di stile? Forse. Ma il permafrost, imponente banca di vita, pronta, di riserva, e la sua sostanza organica, ed i suoi primi ministri fungini, così sensibili ai nostri insulti, sono davvero un universus. Un intero, da ricomporre almeno in concetto, per comprenderlo, e poi sondarlo.

I funghi del permafrost, reti microbiche di protezione

Ubiquitari ed abbondanti, negli ecosistemi dei suoli artici, poichè il loro ruolo di trasformatori di materia organica, risulta in continua crescita. Eppure, molte questioni sono ancora sul tavolo, relative ai rapporti tra i loro diversi taxa, che compongono la grande comunità micotica, con multiformi espressioni vitali.

Il nuovo studio, condotto da Milan Varsadiya e colleghi, si propone di addentrarsi in tali questioni e farsi un’idea. Dopotutto da tali organismi dipendono due cicli essenziali, per ogni forma di vita: il ciclo del carbonio e quello dell’azoto. Tenendo anche conto delle reciproche influenze con altri microbi degli stretti dintorni. Particolarmente povera, però, risulta la letteratura sulla biodiversità e multifunzionalità dei funghi, in suoli del permafrost (PAS), che i ricercatori si propongono, in tale sede, ed in future altre, di incrementare.

Il lavoro siberiano di Gittel, e quello in zona artica del Nordamerica di Timling, hanno, nell’insieme, analizzato comunità fungine presenti nella tasca di materia organica sepolta (cryoOM), la quale serba un ammontare significativo di carbonio organico, per grazia della crioturbazione, dello strato organico superficiale dei suoli.

Questioni di biodiversità: gioco delle parti tra funghi

La biodiversità, illuminata da svariati studi ecologici, si traduce in diversificazione funzionale dei microrganismi, dell’ecosistema di cui sono inquilini. Simbiotrofi, patotrofi, saprotrofi, tutti hanno ruolo trofico, ça va sans dire, sia mediante azione di supporto diretta, sia per alterazione e disturbo di alcune maglie della gran rete, che fanno poi la vera regolazione sistemica delle relazioni microbiche.

Tre nodi, della rete trofica, in realtà, saranno cruciali, per i ricercatori, ai fini di una prima buona comprensione dell’insieme: assemblaggio microbico, interazioni tra taxa, taxa chiave e loro funzioni ecologiche. Tanto fondamentali quanto complessi, gli studi di relazione tra taxa, riferiscono, dal suolo della tundra d’Alaska, che i cambiamenti ambientali possono ingenerare reazioni e risposte microbiche molto diverse. Favorire i batteri e sfavorire i funghi, per esempio.

Oltre all’identificazione, però, delle specie chiave, connettori e centri modulatori, le analisi condotte sulla rete microbica, rivelano l’enorme importanza della scarsità di altri taxa, nella definizione della struttura e della funzione della comunità microbica. Dominanza e recessività di ceppi, come ceselli biologici sul volto della gran rete, a donarle la sua identità.

I suoli artici canadesi, ed i loro orizzonti… pedologici: lo studio

Sede di prelievo dei campioni dai suoli, dunque, Herschel Island (Canada, figura 2): temperatura media annuale dell’aria -9°C. I campioni degli orizzonti dei suoli (ovvero di strati nettamente distinguibili, dai sottostanti e sovrastanti) sono stati 122, provenienti dallo strato attivo, in tarda estate. Strato superficiale, cryoOM e sottosuolo minerale; oltre a quelli provenienti dal permafrost. Quattro i siti di riferimento:

  • area di tundra con vegetazione d’altura (Sito 1),
  • tundra montana, leggermente disturbata, dominata da circoli non ordinati (Sito 2),
  • zona di tundra poligonale umida (Sito 3),
  • tundra con vegetazione d’altura non ordinata (Sito 4).
Permafrost canadese, sostanza organica e funghi, tengono in mano il filo del nostro esistere.
Figura 2 – Herschel Island (Canada). Fonte [cruisemapper].

Una volta raccolti i campioni dai 4 siti e dai 4 orizzonti, come da integrazione dei metodi Schoeneberger, Ping e Siewert, i ricercatori hanno avviato la valutazione dei fattori ambientali.

Cronache di laboratorio

Disidratazione (e reidratazione) dei campioni a 60°C per 48 ore, in modo da determinarne il contenuto di umidità. Gli operatori hanno, perciò, prodotto una sospensione dei campioni, in rapporto 1:25 (w/v), della quale hanno poi misurato il pH, il contenuto di carbonio totale (Ctot) ed azoto totale (Ntot), su 8-10 mg di campione di terreno disidratato. Mediante, inoltre, una miscela di suolo ed acqua, in rapporto 1:5 (w/v), sotto agitazione orbitale (150 rpm) per 1 ora, i ricercatori hanno anche analizzato il carbonio organico disciolto (DOC) e l’azoto disciolto (DN).

Secondo il metodo descritto da Bàrta e colleghi, quindi, essi hanno condotto saggio fluorimetrico su micropiastre, registrando l’attività di enzimi extracellulari idrolitici, coinvolti nella degradazione delle molecole organiche: cellulosa, chitina, lignina. Le attività enzimatiche conseguite, riguardano: β-glicosidasi (BG), 1, 4-β-cellobioidrolasi (CBH), chitinasi (NAG), e leucina aminopeptidasi (LAP).

Fondamentale e di prammatica estrazione del materiale genetico, con fini quantitativi sull’analisi della comunità di funghi, mediante qPCR su rDNA 18S. Creazione di libraries di sequenze, algoritmi UNOISE 3.0 e BLAST, hanno inoltre consentito di valutare se gruppi funzionali specifici di funghi (zOTUs), differissero tra orizzonti differenti, dei siti di campionamento. I ricercatori hanno infatti classificato ogni zOTU in base a modalità trofiche e forme vitali, con l’ausilio di un database funzionale fungino (Fungal Traits).

Analisi di correlazione tra taxa fungini

Per chiarire le interazioni comunitarie fungine, i ricercatori hanno costruito una rete ecologica, calcolandone poi tutti i possibili coefficienti di correlazione per ranghi di Spearman, tra le zOTUs. Inoltre, poichè diversi nodi nella rete ecologica fungina rivestono ruoli topologici differenti, i ricercatori hanno guardato a due parametri specifici:

  • connettività intramodulare (Zi), che descrive come un nodo sia connesso agli altri, nell’ambito del proprio modulo;
  • connettività intermodulare (Pi), ovvero relazioni tra moduli diversi.

I valori soglia di Zi e Pi, per categorizzare i nodi, nei due ruoli topologici, corrispondono a 2.5 e 0.62, rispettivamente. Si distinguerà, così, tra:

  • generalisti (connettori, centri di modulazione),
  • supergeneralisti (centri di rete),

come microrganismi chiave, che mantengono, quindi, la stabilità della rete e svolgono mansioni fondamentali.

Dati analitici ed esiti sperimentali

I parametri ambientali hanno restituito elevata umidità nei campioni di suolo di superficie, come pure DOC, Ctot, Ntot e rapporto C/N. Valori rispettivamente decrescenti, negli strati successivi alla superficie: cryoOM, sottosuolo minerale, permafrost. Di contro, però, DN è risultato particolarmente esiguo nel suolo di superficie rispetto agli altri orizzonti. Come pure, il permafrost ha espresso valori di pH e DN più elevati.

Le attività enzimatiche di BG e LAP sono emerse significativamente elevate nel suolo di superficie, decrescendo nella sequenza stratigrafica. Le funzionalità di CBH e NAG, sono, invece, risultate simili in superficie e cryoOM, ed entrabi tali orizzonti, ad attività enzimatiche più alte, rispetto agli altri due strati. Variazioni tra orizzonti dei diversi siti di prelievo, fanno registrare peculiare superiorità, nel suolo di superficie del Sito 2, di BG, CBH e LAP e di pH, ma con minore umidità.

L’orizzonte cryoOM nel Sito 2 ha pH più alto, mentre il Sito 4 ha più alto il rapporto C/N. Differenze più definite riguardano, tra sito e sito, il sottosuolo minerale.

Funghi dominanti e funzioni di comunità

Su 366 generi fungini riscontrati, i dominanti appartengono ai phyla:

Il genere associato a radice Lachnum ed il fungo endofitico Phialocephala hanno manifestato prevalenza nel suolo di superficie, mentre il genere di ectomicorriza Russula è più abbondante in cryoOM, che in tutti gli altri orizzonti.

I singoli siti di prelievo, invece, hanno espresso livelli di generi significativamente differenti:

  • Anphinema (genere di ectomicorriza) nel Sito 1,
  • Oidiodendron (genere saprofitico del suolo) nel Sito 2,
  • Rhodotorula (genere saprofitico aspecifico) nel Sito 3,
  • Meliniomyces (genere endofitico di radice) nel Sito 4.

Il permafrost canadese, e parte dei suoi segreti microbiologici

L’approfondito scandaglio delle reti compresenti nei suoli periglaciali, ed in permafrost, ha rivelato associazione fungina negli strati di superficie, in reti meno complesse, rispetto a quelle del sottosuolo. Eppure i nodi sono in numero più elevato, con una certa abbondanza genetica, in tutti gli orizzonti. Il suolo superficiale dell’Artico è ovviamente esposto a cambiamenti estremi, tanto termici, quanto di cicli nutritivi. Non si può quindi non desumere una certa pressione competitiva sulle comunità fungine, così abbondanti.

I ricercatori ipotizzano, dunque, che reti dalle connessioni più abbondanti, negli orizzonti di suolo più profondi, siano un riflesso dell’ambiente oligotrofico. Qui, infatti, differenti tipi di funghi conviene competano o cooperino, per conseguire i nutrienti, così scarsi. È altresì verosimile, che la penuria nutritiva derivi dalla diminuzione del rilascio diretto di essudati radicali (negli strati più lontani dalla superficie) e che, possibili sottoprodotti metabolici recalcitranti rimangano negli orizzonti di suolo più profondi.

Il «piccolo mondo» fungino

I ricercatori hanno anche appurato che l’attività enzimatica di APL sia più ridotta in cryoOM, e più elevata in tutti gli altri orizzonti. Reti così caratterizzate sono dette «piccolo mondo», poichè ogni specie microbica è connessa proprio ad ogni altra specie, per ragioni di comprensibilissima, e pressante, opportunità. Queste, sono reti ecologiche particolarmente vulnerabili ai cambiamenti rapidi, da perturbazione dell’ecosistema. Quindi le comunità fungine del cryoOM sono di certo le più sensibili ai cambiamenti ambientali.

A conferma di ciò, i valori che i ricercatori hanno riscontrato, di modularità, sono bassi soprattutto in cryoOM del Sito 4, ed alti nel sottosuolo minerale del Sito 2. Il che sta a dichiarare, per valori elevati, la stabilità comunitaria fungina, con anche strutture ordinate, ad alta efficienza di scambi nutritivi e d’informazione.

Correlazione ambientale e shift funzionale dei funghi

La correlazione tra condizioni ambientali e cambio di ruolo topologico dei funghi è il focus di tutto lo studio. E poichè siamo i diretti responsabili di uno dei due termini condizionali, nostro è l’onere dell’equilibrio vitale.

Ceppi “connettori” e ceppi “centri di modulazione”, sono indicati rispettivamente come generalisti e specialisti.

Gli scambi di nutrienti ed informazioni, così imprescindibili, sono appannaggio dei ceppi generalisti della rete, ago quindi della bilancia, dell’intero piccolo mondo micotico. I dati ottenuti, parlano di 13, 6 ed 8 taxa generalisti in superficie, cryoOM e sottosuolo, rispettivamente. Ma, e qui sta tutto il fermento dei risultati, alcuni taxa cambiano ruolo, in differenti orizzonti pedologici. Il cambiamento di ruolo, da generalisti a specialisti, in cryoOM, risponde probabilmente a grandi stravolgimenti, per i quali magari comunità di superficie vengono sepolte in orizzonti profondi del suolo e strette in una morsa d’inusitata scarsità di nutrienti, ed ugualmente sconosciuta pressione competitiva.

Buoni propositi, a lastricare la via del… futuro.

Per chiarire pienamente i meccanismi biochimici alla base dello shift funzionale dei taxa fungini, bisognerà avviare nuove linee di ricerca. A noi, basti ricordare che dalla loro perfetta coordinazione dipende la regolarità di gestione, e digestione, di fonti di carbonio organico. E che le deposizioni di tale surplus di potenziale emissivo, nel permafrost e nei suoli periglaciali, siano, ancora, i ramponi che ci tengono in cordata. Quella corda, quel filo, che dall’altro capo potrebbe avere una delle tre vecchie Fatae.

Fonti

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