L'azoto è essenziale per la vita marina e per i cicli in tutto l'oceano in un sistema delicatamente equilibrato. Gli organismi viventi, in particolare le piante marine chiamate fitoplancton, richiedono azoto in processi come la fotosintesi. A sua volta, la crescita del fitoplancton assorbe l'anidride carbonica dall'atmosfera e aiuta a regolare il clima globale.

Secondo una nuova ricerca di Thomas Weber, un assistente professore di Scienze della Terra e dell'ambiente presso l'Università di Rochester, piccoli microambienti nelle profondità oceaniche possono contenere indizi chiave per il ciclo globale dell'azoto nell'acqua di mare.

In un articolo pubblicato su Geoscienze naturali , Weber e il suo coautore Daniele Bianchi, un assistente professore di scienze atmosferiche e oceaniche presso l'UCLA, mostrano che piccoli microbi che rimuovono l'azoto dall'acqua esistono in questi microambienti e sono più diffusi di quanto si pensasse in precedenza. Utilizzando questi dati, hanno sviluppato un modello al computer che cambia il modo in cui pensiamo al ciclo dell'azoto marino.

"La precedente comprensione del ciclo dell'azoto era che l'azoto veniva perso dall'oceano solo in tre regioni in cui l'ossigeno è scarso. Se volessimo prevedere come il ciclo dell'azoto avrebbe risposto ai cambiamenti climatici, tutto quello che dovevamo fare era prevedere come queste tre regioni a basso contenuto di ossigeno si sarebbero espanse o contratte, " Weber dice. "Il nostro studio cambia questo quadro mostrando che la perdita di azoto sta effettivamente avvenendo in regioni molto più grandi, e dobbiamo pensare a come sta cambiando l'oceano nel suo insieme".

La maggior parte degli organismi marini "respira, "o respira, usando l'ossigeno. Quando l'ossigeno non è presente nell'acqua di mare, i microbi invece respirano usando altri composti come il nitrato, una forma di azoto. "Questo ha l'effetto netto di rimuovere l'azoto dall'oceano, "dice Weber.

I ricercatori in precedenza ritenevano che i microbi anaerobici, piccoli microrganismi e batteri che non hanno bisogno di ossigeno per respirare, si trovassero solo nelle tasche dell'oceano con livelli di ossigeno eccezionalmente bassi; particolarmente, tre regioni note come "zone morte".

Weber e Bianchi hanno sviluppato un modello al computer che tiene conto dei nuovi dati genetici raccolti dai microbi oceanici. I dati indicano che i microbi anaerobici esistono non solo nelle aree di acqua non ossigenata, ma in qualche modo prosperano nelle aree dell'oceano dove c'è ossigeno. Azoto, perciò, può essere perso in gran parte dell'oceano, non solo nelle aree in cui l'ossigeno è scarso.

"Una delle più grandi rivoluzioni in oceanografia degli ultimi anni è stata la rivoluzione genomica, " Weber dice. "Gli oceanografi sono stati in grado di misurare tutti i geni presenti nell'acqua di mare." Una delle loro scoperte è stata che i geni che consentono la respirazione anaerobica non si trovano solo nelle tre regioni; i geni sono stati trovati molto più diffusi in tutto il oceano.

Ogni volta che l'ossigeno è disponibile, non dovrebbero esserci organismi che respirano in modo anaerobico, dice Weber. "Dovrebbero essere superati da cose che usano l'ossigeno, perché è un modo molto più efficiente di respirare."

Come allora, questi organismi anaerobici sopravvivono in aree dove è presente ossigeno?

Weber e Bianchi hanno scoperto che piccoli "microambienti" impoveriti di ossigeno esistono in tutto l'oceano profondo in "neve marina" ricche di sostanze organiche:particelle di materia organica, come cellule di plancton morte e feci di zooplancton, bloccati insieme. I microbi guadagnano energia mangiando la materia organica e usando l'ossigeno per respirare. Se la respirazione è abbastanza intensa all'interno delle particelle, tutto l'ossigeno può esaurirsi e i microbi passeranno a respirare usando composti oltre all'ossigeno.

"Suggeriamo che i microbi anaerobici possano prosperare in vaste aree dell'oceano ossigenato, dentro la neve marina organica che affonda, '" dice Bianchi. "Questo cambia il modo in cui pensiamo al ciclo dell'azoto e, più generalmente, metabolismo anaerobico nell'oceano, e suggerisce che entrambi potrebbero rispondere ai cambiamenti climatici in modi che sfidano la nostra attuale comprensione".

Il riscaldamento globale fa aumentare le temperature degli oceani, con conseguente aumento della perdita di ossigeno, che può quindi influenzare il bilancio dell'azoto in tutto il mondo. Quando gli umani perturbano una parte del sistema, può avere effetti inaspettati. Ma i modelli al computer possono aiutare a prevedere meglio queste conseguenze.

"Il riscaldamento degli oceani si sta verificando a causa delle emissioni umane di anidride carbonica, che riscaldano tutta la terra, " dice Weber. "Indirettamente, questo altera il contenuto di ossigeno e azoto dell'oceano. Alla fine viene influenzata la crescita del fitoplancton marino e la loro capacità di assorbire l'anidride carbonica, che poi si alimenta sui cambiamenti climatici. Il nostro nuovo lavoro e altri sforzi di modellazione ci aiuteranno a pianificare meglio queste conseguenze".