Zolfobatteri viola nelle acque dolci del Lago di Cadagno (pannelli superiori, in verde e viola), e la loro attività di fissazione dell'azoto unicellulare misurata con nanoSIMS (pannelli inferiori, i colori caldi indicano un'elevata attività). Credito:Max Planck Institute for Marine Microbiology/M. Filippi
È stato a lungo ipotizzato che i cianobatteri fossero i principali responsabili della fissazione dell'azoto sulla Terra primitiva, rendendo così disponibile l'azoto alla biosfera. Ricercatori dell'Istituto Max Planck di microbiologia marina di Brema, Germania, ora mostrano che i batteri sulfurei viola potrebbero aver contribuito in modo sostanziale alla fissazione dell'azoto nelle condizioni prevalenti nell'oceano Proterozoico.
L'azoto è vitale per tutte le forme di vita:fa parte delle proteine, acidi nucleici e altre strutture cellulari. Così, era di grande importanza per lo sviluppo della vita sulla Terra primitiva essere in grado di convertire il diazoto gassoso dall'atmosfera in una forma biodisponibile:l'ammonio. Però, non è stato ancora chiarito chi abbia effettuato questa cosiddetta fissazione dell'azoto sulla Terra primitiva e con l'aiuto di quale enzima. Ora, i ricercatori del Max Planck Institute for Marine Microbiology di Brema hanno dimostrato che in condizioni altrettanto aride come nell'oceano Proterozoico, un gruppo di batteri precedentemente sottovalutato può fissare l'azoto in modo molto efficiente.
Un "piccolo oceano proterozoico" nelle Alpi svizzere
Poiché l'oceano Proterozoico difficilmente può essere studiato direttamente, i ricercatori Miriam Philippi e Katharina Kitzinger del Max Planck Institute di Brema e colleghi lo hanno sostituito con un habitat moderno comparabile:il lago alpino Cadagno in Svizzera. A differenza della maggior parte degli altri laghi, Il Lago di Cadagno è permanentemente stratificato, il che significa che gli strati d'acqua superiore e inferiore non si mescolano.
I batteri dello zolfo viola abitano la zona di transizione tra la parte superiore, strato ossigenato e quello inferiore, strato privo di ossigeno e solfuri. Là, svolgono la fotosintesi e ossidano lo zolfo. "La scoperta di fossili di questo gruppo di microrganismi mostra che vivevano già sul nostro pianeta almeno 1,6 miliardi di anni fa, durante il Proterozoico, " disse Filippi, primo autore dello studio. "Quindi, questo lago e questi batteri rappresentano un sistema che assomiglia per molti aspetti all'oceano Proterozoico". è così adatto per saperne di più sui processi sulla Terra primordiale.
Le sorgenti salate sul fondo del lago impediscono il mescolamento, determinando una stratificazione stabile. I metri superiori contengono ossigeno ma poche sostanze nutritive. Lo strato inferiore è anossico e ricco di solfuro, creando uno strato intermedio stabile con ripidi gradienti di concentrazione di ossigeno e solfuro. Qui, i batteri dello zolfo viola usano l'energia solare per ossidare il solfuro e fissare l'azoto. Credito:Miriam Philippi
I batteri dello zolfo viola fissano l'azoto
Utilizzando una combinazione di analisi biogeochimiche e molecolari, Philippi e colleghi hanno scoperto che i batteri sulfurei viola nel lago Cadagno fissano l'azoto in modo molto efficiente. La fissazione dell'azoto è la conversione del gas azoto, che non è molto reattivo, in composti azotati che molti organismi possono utilizzare, per esempio alghe. "Per quello che ci risulta, questa è la prima prova diretta della fissazione dell'azoto da parte dei batteri dello zolfo viola in natura, " ha spiegato la coautrice Katharina Kitzinger.
"Abbiamo scoperto che usano l'enzima più comune al giorno d'oggi, molibdeno nitrogenasi, fare così. Sebbene questo enzima non sia raro, siamo rimasti molto sorpresi di trovarlo nel lago Cadagno." Questo perché c'è solo pochissimo molibdeno nell'acqua, proprio come nell'oceano Proterozoico, che ha portato i ricercatori a credere che le nitrogenasi non molibdeno prevalessero sulla Terra primordiale. "Ora sappiamo che la nitrogenasi di molibdeno funziona in modo molto efficiente, anche a basse concentrazioni di molibdeno."
"Forniamo così la prima indicazione che i batteri sulfurei viola potrebbero essere stati in parte responsabili della fissazione dell'azoto nell'oceano Proterozoico, "Continuò Filippi. "Finora, si presumeva generalmente che i cianobatteri effettuassero allora la maggior parte della fissazione dell'azoto. Dimostriamo che il ruolo dei batteri sulfurei viola in questo processo è stato probabilmente sottovalutato".
Lo studio è pubblicato su Comunicazioni sulla natura .
