Un tempo abitavano il fondo marino e sono stati costantemente sepolti:i microrganismi nei sedimenti sotto la superficie sul fondo del Mar Arabico rivelano dettagli delle fluttuazioni delle condizioni climatiche e ambientali negli ultimi 52 anni, 000 anni.

I sedimenti al di sotto del fondo marino ospitano comunità microbiche che vi sopravvivono nonostante la mancanza sia di luce che di ossigeno. Molti dei microbi appartengono a generi che un tempo vivevano direttamente sul fondo marino, e sono stati progressivamente sepolti accumulando sedimenti. Ma le loro vie metaboliche si sono adattate alle mutevoli condizioni. Però, queste cellule ora crescono e si dividono molto lentamente, e sono di conseguenza in debole selezione. Professor William Orsi del Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente della LMU, in collaborazione con un team internazionale di ricercatori, ha ora esaminato più da vicino la vita microbica nei nuclei sedimentari del Mar Arabico. L'indagine rivela che il metabolismo di un sottoinsieme di questi microrganismi riflette la storia del clima in questa regione. Le nuove scoperte, che appaiono nella rivista online Rapporti scientifici sulla natura , suggeriscono anche come le comunità microbiche negli oceani possono reagire al riscaldamento globale.

Il Mar Arabico ospita la più grande zona minima di ossigeno al mondo, in cui i livelli di ossigeno disciolto sono estremamente bassi. Di conseguenza, il tasso di ossidazione della materia organica nell'OMZ è drasticamente ridotto. Sorprendentemente, però, il carbonio organico è arricchito solo in specifici strati sedimentari, che sono separati da strati intermedi che contengono pochissimo materiale organico. Studi precedenti avevano dimostrato che questa distribuzione è correlata a ripetute - e in termini geologici molto rapide - oscillazioni della temperatura dell'acqua:l'acqua calda contiene meno ossigeno disciolto, che consente l'accumulo di livelli più elevati di sostanze organiche nei sedimenti. Infatti, sedimenti che contengono grandi concentrazioni di materiale organico si sono depositati in periodi in cui la temperatura media dell'acqua è aumentata di circa 5°C nell'arco di pochi decenni.

Per esplorare gli effetti di queste oscillazioni di temperatura sulle comunità microbiche all'interno di questi sedimenti, i ricercatori hanno recuperato un nucleo di 13 m che copre gli ultimi 52, 000 anni di deposizione, e analizzato il DNA presente in diverse sezioni del nucleo. "Questo schermo ci ha permesso di caratterizzare la composizione della sequenza del DNA a diversi livelli nei sedimenti e di datarli con una precisione di 100 anni, " Spiega Orsi. I dati di sequenza a loro volta forniscono approfondimenti sulle capacità metaboliche dei microrganismi sepolti nei sedimenti. L'analisi ha rivelato che le attività metaboliche del 10-15% dei gruppi batterici rappresentati nel loro carotaggio riflettono le condizioni climatiche prevalenti al tempo in cui i sedimenti sono stati depositati. Questo sottoinsieme è costituito principalmente dai cosiddetti gruppi denitrificanti e ossidanti dello zolfo. I denitrificanti ottengono la loro energia metabolica dalla conversione dei nitrati in gas di azoto molecolare e ossidi di azoto. "Indipendentemente dalla profondità e dal livello di nitrati, i denitrificanti tra i nostri gruppi indicatori si trovano principalmente in sedimenti ricchi di materiale organico, e quindi si depositavano nei periodi più caldi. Apparentemente ottengono la maggior parte della loro energia dalle reazioni di fermentazione, "Spiega Orsi. "Erano ovviamente abbastanza sensibili agli sbalzi di temperatura, in quanto assenti dai sedimenti che contengono quantità ridotte di carbonio organico. Quindi questo ci dice, per la prima volta, che le rapide oscillazioni climatiche hanno chiaramente un'influenza sulla diversità dei batteri denitrificanti".

I risultati consentono inoltre ai ricercatori di dedurre come è probabile che i microrganismi marini reagiscano ai futuri cambiamenti del clima. Negli ultimi 50 anni, i livelli di ossigeno disciolto negli oceani hanno mostrato una tendenza a diminuire. I batteri denitrificanti nelle OMZ hanno impoverito l'azoto dall'ecosistema e lo hanno convertito in protossido di azoto (N2O), gas serra. che contribuisce al riscaldamento globale. "I nostri dati dimostrano che, al diminuire del livello di ossigeno nell'acqua – che segnala una tendenza al riscaldamento – aumenta la prevalenza relativa dei denitrificanti. Inoltre, la loro composizione di specie è cambiata completamente dall'ultima era glaciale, "Dice Orsi. Questo potrebbe potenzialmente contribuire a un meccanismo di feedback climatico". Lui e i suoi colleghi hanno ora in programma di estendere i loro studi ad altre regioni degli oceani per testare la robustezza dei loro dati dal Mar Arabico.