È noto che gli idrati di gas naturale, reticoli cristallini di molecole d'acqua legate all'idrogeno che incapsulano piccole molecole di idrocarburi, sui fondali oceanici costituiscono sia un potenziale acceleratore del cambiamento climatico che una delle maggiori fonti di energia sulla Terra. Ma se le enormi quantità di gas naturale che sono così confinate rimangano al sicuro rinchiuse in gabbie di idrati cristallini, o vengano liberate nell'oceano per diventare potenzialmente gas serra atmosferici, può dipendere in parte da un'insolita simbiosi del fondo marino tra i vermi e i loro vicini microbici .

I ricercatori della NYU Tandon School of Engineering hanno scoperto che questo ecosistema naturale che coinvolge vermi spolverini (Sabellidae, Annelida) e batteri che generano calore e che assorbono calore (Archaea) che consumano metano racchiuso - o bloccato in una struttura cristallina - dagli idrati in gli ambienti marini profondi svolgono un ruolo chiave nel mantenimento dell'equilibrio che mantiene gli idrati congelati.

Cercando di esaminare l'influenza che le sottili fluttuazioni di temperatura possono avere sulla stabilità dinamica dei depositi di idrati, i ricercatori, guidati da Ryan Hartman, professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla NYU Tandon, hanno scoperto che i vermi piumino, che prosperano intorno agli idrati cristallini, consumando selettivamente batteri generatori di calore chiamati metanotrofi che metabolizzano il metano, frenano il potenziale scioglimento di queste strutture cristalline (rilasciando metano intrappolato) a causa del metabolismo esotermico dei microbi.

In uno studio appena pubblicato, "Microbe-Worm Symbiosis Stabilizes Methane Hydrates in Deep Marine Environments", in Energy &Fuels, ricercatori, tra cui l'autore principale Tianyi Hua, Maisha Ahmad e Tenzin Choezin, hanno simulato l'ecosistema risolvendo il bilancio energetico associato e la cinetica di dissociazione dell'idrato di metano. Hanno esaminato e analizzato il tasso di dissociazione - il tasso con cui gli idrati congelati si sono disassemblati in componenti molecolari - e hanno scoperto che la simbiosi stabilita tra metanogeni (batteri produttori di metano), metanotrofi e vermi spolverino stabilizza effettivamente gli idrati di metano a profondità dove si trovano i cristalli esposto all'oceano e ai suoi organismi viventi.

Le implicazioni sono profonde, in quanto grandi quantità di metano (da 200 a 500 gigatonnellate di CH₄ ), che si formano spontaneamente dall'acqua e da piccole molecole idrofobiche in specifiche condizioni di temperatura e pressione, vengono immagazzinate come idrati negli oceani di tutto il mondo.

"La nostra scoperta mostra matematicamente l'entità della simbiosi tra i microbi che consumano idrati di metano e generano calore e i vermi piumini che consumano questi microbi", ha affermato Hartman. "È importante perché, in assenza dei vermi o in uno squilibrio anomalo nelle loro popolazioni, questi microbi potrebbero generare abbastanza calore da sciogliere gli idrati. I vermi mangiano selettivamente i batteri che generano la maggior parte del calore".

Per esaminare in che modo il riscaldamento degli oceani potrebbe interrompere questo fragile equilibrio, il team ha combinato i record storici della temperatura oceanica e le stime dell'inventario degli idrati di gas con il loro modello; le loro scoperte suggeriscono che depositi di idrati profondi fino a 560 metri sotto il livello del mare potrebbero già essere a rischio, anche se la temperatura dell'oceano smettesse di aumentare e la zona di stabilità dell'idrato di metano si ritirerà più in profondità con l'aumento della temperatura dell'oceano. Inoltre, la diminuzione della popolazione di vermi potrebbe indebolire la soppressione del tasso di crescita dei metanotrofi e la conseguente crescita eccessiva di metanotrofi genererebbe quantità eccessive di calore, destabilizzando ulteriormente gli idrati.

D'altra parte, un aumento dell'attività microbica metanogenica renderebbe il sistema più endotermico e quindi rafforzerebbe la tolleranza alle fluttuazioni di temperatura vicine al confine di fase dell'idrato di metano.

"Rallentare il ritiro di questa dinamica biologica in acque più profonde potrebbe aiutare a ritardare o contrastare il massiccio rilascio di gas serra nel mare", ha affermato. "Se i gas si ricristallizzano o raggiungono la superficie dell'oceano è un argomento di ricerca molto dibattuto e importante".