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I batteri sono i cavalli da lavoro invisibili del pianeta, consumano la materia organica e la trasformano in nutrienti che sostengono la vita negli ecosistemi. Con una biomassa globale che supera quella di tutti gli altri organismi messi insieme, i batteri prosperano ovunque esista acqua, si riproducono a ritmi sorprendenti e sopportano condizioni estreme che altrimenti arresterebbero l’attività biologica. La loro capacità collettiva di riciclare gli elementi chimici è alla base della resilienza degli ambienti sia terrestri che acquatici.
I batteri chemioeterotrofi ottengono carbonio ed energia dai composti organici. Secernono enzimi extracellulari che scompongono le molecole complesse in zuccheri semplici, aminoacidi e altre forme assimilabili. Questa digestione extracellulare – essenzialmente un servizio pubblico – consente ai batteri di prosperare fornendo alle loro comunità nutrienti vitali. Al contrario, i chemioautotrofi sfruttano le molecole inorganiche per produrre energia e fissano il carbonio dalla CO₂, mentre i fotoautotrofi catturano l’energia luminosa. Sebbene questi ultimi non decompongano la materia organica, sono indispensabili per il ciclo dei nutrienti e il sequestro del carbonio.
In quanto attori fondamentali nei cicli del carbonio e dell’azoto, i batteri convertono la CO₂ atmosferica in biomassa cellulare, sequestrando efficacemente il carbonio. I chemioeterotrofi invertono questo processo durante la decomposizione, rilasciando CO₂ nell'atmosfera. I batteri che fissano l’azoto, inclusi i cianobatteri, convertono l’N₂ atmosferico in azoto biodisponibile, costituendo la base per la sintesi proteica vegetale. Le associazioni simbiotiche tra questi fissatori e le piante creano uno scambio reciprocamente vantaggioso:le piante forniscono carboidrati e i batteri forniscono azoto (vedi ASM ).
I biofilm microbici – comunità di batteri, funghi e alghe racchiusi in sostanze polimeriche extracellulari – fungono da prima linea di decomposizione in molti ecosistemi. Condividendo enzimi, sostanze nutritive e materiale genetico, i biofilm accelerano la degradazione di polimeri vegetali resistenti come la lignina e la cellulosa. Negli habitat di acqua dolce, gli invertebrati fanno affidamento sulla lettiera “condizionata”, che diventa digeribile solo dopo l’ammorbidimento mediato dal biofilm. Processi simili si verificano sulla terra, dove i biofilm avviano la decomposizione della lettiera e la formazione del suolo.
Sebbene la maggior parte della vita dipenda dall’ossigeno, i batteri possono persistere in ambienti poveri di ossigeno come i fondali oceanici, la fitta lettiera di foglie e i terreni compattati. In queste nicchie anaerobiche, i microbi sostituiscono l’ossigeno con accettori di elettroni alternativi – nitrato, solfato o anche anidride carbonica – per sostenere il metabolismo. Gli archaea metanogenici, ad esempio, producono metano in vere condizioni anossiche, illustrando la notevole adattabilità della vita microbica.
