I microbiologi del Caltech hanno scoperto batteri che si nutrono di manganese e utilizzano il metallo come fonte di calorie. Si prevedeva che tali microbi esistessero più di un secolo fa, ma nessuno era stato trovato o descritto fino ad ora.

"Questi sono i primi batteri trovati a usare il manganese come fonte di carburante, "dice Jared Leadbetter, professore di microbiologia ambientale al Caltech che, in collaborazione con lo studioso postdottorato Hang Yu, descrive i risultati nel numero del 16 luglio della rivista Natura . "Un aspetto meraviglioso dei microbi in natura è che possono metabolizzare materiali apparentemente improbabili, come i metalli, cedendo energia utile alla cellula."

Lo studio rivela anche che i batteri possono utilizzare il manganese per convertire l'anidride carbonica in biomassa, un processo chiamato chemiosintesi. In precedenza, i ricercatori sapevano di batteri e funghi che potevano ossidare il manganese, o spogliarlo di elettroni, ma avevano solo ipotizzato che i microbi ancora da identificare potrebbero essere in grado di sfruttare il processo per guidare la crescita.

Leadbetter ha trovato i batteri casualmente dopo aver eseguito esperimenti non correlati usando una luce, forma gessosa di manganese. Aveva lasciato un barattolo di vetro sporco della sostanza da immergere nell'acqua del rubinetto nel lavandino del suo ufficio del Caltech prima di partire per diversi mesi per lavorare fuori dal campus. Quando tornò, il vaso era rivestito con un materiale scuro.

"Ho pensato, 'Cos'è quello?'", spiega. "Ho iniziato a chiedermi se i microbi a lungo ricercati potessero essere responsabili, quindi abbiamo sistematicamente eseguito dei test per capirlo."

Il rivestimento nero era infatti manganese ossidato generato da nuovi batteri che probabilmente provenivano dall'acqua del rubinetto stessa. "Ci sono prove che i parenti di queste creature risiedono nelle acque sotterranee, e una parte dell'acqua potabile di Pasadena viene pompata dalle falde acquifere locali, " lui dice.

Il manganese è uno degli elementi più abbondanti sulla superficie terrestre. Gli ossidi di manganese assumono la forma di un oscuro, sostanza grumosa e sono di natura comune; sono stati rinvenuti in depositi sotterranei e possono formarsi anche nei sistemi di distribuzione dell'acqua.

"Esiste un'intera serie di pubblicazioni di ingegneria ambientale sui sistemi di distribuzione dell'acqua potabile che vengono intasati dagli ossidi di manganese, " dice Leadbetter. "Ma come e per quale motivo tale materiale viene generato lì è rimasto un enigma. Chiaramente, molti scienziati hanno ritenuto che i batteri che usano il manganese per produrre energia potrebbero essere responsabili, ma le prove a sostegno di questa idea non erano disponibili fino ad ora".

La scoperta aiuta i ricercatori a comprendere meglio la geochimica delle acque sotterranee. È noto che i batteri possono degradare gli inquinanti nelle acque sotterranee, un processo chiamato biorisanamento. Quando si esegue questa operazione, diversi organismi chiave "ridurranno" l'ossido di manganese, il che significa che gli donano elettroni, in un modo simile a come gli esseri umani usano l'ossigeno nell'aria. Gli scienziati si sono chiesti in primo luogo da dove provenga l'ossido di manganese.

"I batteri che abbiamo scoperto possono produrlo, quindi godono di uno stile di vita che serve anche a fornire agli altri microbi ciò di cui hanno bisogno per eseguire reazioni che consideriamo benefiche e desiderabili, "dice Leadbetter.

I risultati della ricerca hanno anche una possibile rilevanza per la comprensione dei noduli di manganese che punteggiano gran parte del fondo marino. Queste palle metalliche rotonde, che può essere grande come un pompelmo, erano noti ai ricercatori marini già durante le crociere dell'HMS Challenger negli anni '70 dell'Ottocento. Da allora, tali noduli sono stati trovati per allineare il fondo di molti degli oceani della Terra. Negli ultimi anni, le compagnie minerarie hanno pianificato la raccolta e lo sfruttamento di questi noduli, perché i metalli rari si trovano spesso concentrati al loro interno.

Ma si sa poco su come si formano i noduli in primo luogo. Yu e Leadbetter ora si chiedono se microbi simili a quelli che hanno trovato nell'acqua dolce potrebbero avere un ruolo e hanno in programma di indagare ulteriormente sul mistero. "Ciò sottolinea la necessità di comprendere meglio i noduli di manganese marini prima che vengano decimati dall'estrazione mineraria, "dice Yu.

"Questa scoperta di Jared e Hang colma una grande lacuna intellettuale nella nostra comprensione dei cicli elementali della Terra, e aggiunge ai diversi modi in cui il manganese, un astruso ma comune metallo di transizione, ha plasmato l'evoluzione della vita sul nostro pianeta, "dice Woodward Fischer, professore di geobiologia al Caltech, che non era coinvolto nello studio.