Con il riscaldamento del pianeta, gli scienziati sono da tempo preoccupati per la possibilità che i gas serra nocivi fuoriescano dallo scongelamento del permafrost artico. Stime recenti suggeriscono che entro il 2100 la quantità di anidride carbonica e metano rilasciata da queste terre perennemente ghiacciate potrebbe essere pari alle emissioni dei grandi paesi industriali. Tuttavia, una nuova ricerca condotta da un team di scienziati del microbioma della Colorado State University suggerisce che tali stime potrebbero essere troppo basse.
I microrganismi sono responsabili del processo che genererà gas serra dallo scongelamento delle torbiere settentrionali, che contengono circa il 50% del carbonio del suolo mondiale. Per ora, molti dei microbi presenti in questo ambiente sono congelati e inattivi.
Ma quando la terra si scioglie, i microbi si “svegliano” e iniziano a smuovere il carbonio nel terreno. Questo processo naturale, noto come respirazione microbica, è ciò che produce le emissioni di anidride carbonica e metano previste dai modellisti climatici.
Attualmente, questi modelli presuppongono che questa comunità di microrganismi, nota come microbioma, decomporrà alcuni tipi di carbonio ma non altri. Ma il lavoro condotto dalla CSU è stato pubblicato questa settimana sulla rivista Nature Microbiology fornisce nuove informazioni su come si comporteranno questi microbi una volta attivati. La ricerca dimostra che i microbi del suolo incorporati nel permafrost attaccano una classe di composti precedentemente ritenuti intoccabili in determinate condizioni:i polifenoli.
"C'erano queste riserve di carbonio, ad esempio ciambelle, pizza e patatine, e noi eravamo a nostro agio con l'idea che i microbi avrebbero usato questa roba", ha detto Bridget McGivern, ricercatrice post-dottorato della CSU e prima autrice dell'articolo.
"Ma poi c'era quest'altra roba, il cibo piccante; non pensavamo che agli organismi piacesse il cibo piccante. Ma quello che il nostro lavoro sta mostrando è che in realtà ci sono organismi che lo mangiano, e quindi non rimarrà solo come carbonio." , verrà scomposto."
Una maggiore quantità di carbonio scomposto dalla respirazione microbica produrrà ulteriori emissioni di gas serra. Ma questa nuova scoperta ha anche altre implicazioni. Alcuni scienziati avevano precedentemente teorizzato che l’aggiunta di polifenoli allo scongelamento del permafrost artico avrebbe potuto potenzialmente “spegnere” del tutto questi microrganismi, intrappolando di fatto una massiccia quantità di carbonio potenzialmente problematico nel terreno. Il concetto è noto come teoria del latch enzimatico.
Questa non sembra più essere un'opzione praticabile, ha affermato Kelly Wrighton, professore associato presso il Dipartimento di Scienze del suolo e delle colture del College of Agricultural Sciences, il cui laboratorio ha guidato il lavoro.
"Non solo pensavamo che questi microbi non mangiassero i polifenoli", ha detto Wrighton, "ma pensavamo che se i polifenoli fossero stati lì sarebbe stato come se fossero tossici e avrebbero bloccato i microbi nell'inattività."
Il microbioma del suolo è stato spesso considerato una sorta di scatola nera a causa della sua complessità. Wrighton spera che queste nuove informazioni sul ruolo dei polifenoli nel permafrost aiutino a cambiare questa percezione.
"Mi piacerebbe superare questi presupposti della scatola nera", ha detto. "Non possiamo progettare soluzioni se non comprendiamo il cablaggio e l'impianto idraulico sottostanti di un sistema."
Per scoprire la relazione tra i microbi del suolo e i polifenoli ci sono voluti anni per McGivern, che ha iniziato a esaminare questo argomento mentre lavorava al suo dottorato nel laboratorio di Wrighton nel 2017.
McGivern ha iniziato con una semplice domanda. Gli scienziati presumevano che senza ossigeno i microbi del suolo non potessero scomporre i polifenoli. I microbi intestinali, tuttavia, non hanno bisogno di ossigeno per mescolare il composto:è così che gli esseri umani estraggono salutari benefici antiossidanti da sostanze ricche di polifenoli come il cioccolato e il vino rosso.
McGivern si è chiesto perché il processo sarebbe diverso nei suoli, una domanda particolarmente rilevante per il permafrost o i terreni impregnati d'acqua che contengono poco o nessun ossigeno.
"La motivazione per gran parte del mio dottorato era:come potrebbero esistere queste due cose?" Ha detto McGivern. "Gli organismi nel nostro intestino possono scomporre i polifenoli, ma gli organismi nel terreno no? La realtà è che nessuno nel suolo lo aveva mai osservato."
McGivern e Wrighton hanno testato con successo la teoria in un esperimento di laboratorio e hanno pubblicato uno studio dimostrativo nel 2021. Il passo successivo è stato testarla sul campo. Il team ha avuto accesso a campioni provenienti da un sito di ricerca nel nord della Svezia, un luogo che gli scienziati utilizzano da anni per esaminare questioni relative al permafrost e al microbioma del suolo.
Ma prima che McGivern potesse cercare prove della degradazione dei polifenoli nei campioni principali, ha dovuto creare un database di sequenze genetiche che corrispondevano al metabolismo dei polifenoli. McGivern ha estratto migliaia di pagine di letteratura scientifica esistente, catalogando gli enzimi presenti nei bovini, nell'intestino umano e in alcuni terreni noti per essere responsabili del processo.
Una volta creato il database, McGivern ha confrontato i risultati con le sequenze genetiche espresse dai microbi nei campioni principali. Sicuramente, ha detto, il metabolismo dei polifenoli stava accadendo.
"Quello che abbiamo scoperto è che venivano espressi i geni di 58 diverse vie polifenoliche", ha detto McGivern. "Quindi, stiamo dicendo che non solo i microrganismi possono potenzialmente farlo, ma che in realtà esprimono, sul campo, i geni per questo metabolismo."
Tuttavia, è necessario ulteriore lavoro, ha affermato McGivern. Non sanno cosa potrebbe limitare il processo o la velocità con cui avviene il metabolismo, entrambi fattori importanti per quantificare eventualmente la quantità di ulteriori emissioni di gas serra che potrebbero essere rilasciate dal permafrost.
"Il punto centrale di tutto questo è costruire una migliore comprensione predittiva in modo da avere un quadro che possiamo effettivamente manipolare", ha detto Wrighton. "La crisi climatica che stiamo affrontando è molto rapida. Ma possiamo modellarla? Possiamo prevederla? L'unico modo per arrivarci è capire effettivamente come funziona qualcosa."
Ulteriori informazioni: Bridget McGivern et al, Una cache di metabolismo dei polifenoli scoperta nei microbiomi delle torbiere, Microbiologia naturale (2024). DOI:10.1038/s41564-024-01691-0
Informazioni sul giornale: Microbiologia naturale
Fornito dalla Colorado State University
