È noto che i batteri fecali – batteri presenti nell'apparato digerente di esseri umani e animali – contaminano le acque. A volte possono essere un rischio per la salute. Sono state condotte poche ricerche sulla diffusione e la distribuzione dei batteri fecali nei fiumi e, soprattutto, nel loro input dal paesaggio circostante. I ricercatori del Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) e dell'Università scozzese di Aberdeen hanno sviluppato un modello basato su indicatori che può essere utilizzato per valutare la dinamica di batteri fecali come E. coli sulla base di processi idrologici nel paesaggio e nella connettività dei corsi d'acqua – una base importante per la gestione della contaminazione microbica acuta o prolungata delle acque.

Per essere in grado di comprendere la diffusione e il destino dei batteri fecali nelle acque, gli scienziati devono anche registrare le aree di origine, la quantità, e i corsi d'acqua nel paesaggio, e prendere in considerazione gli input alla rete fluviale. Sulla base di un'area di studio in Scozia, Dörthe Tetzlaff dell'IGB, il suo studente di dottorato Aaron Neill ei loro colleghi dell'Università di Aberdeen (Chris Soulsby e Norval Strachan) hanno esplorato la diffusione di organismi indicatori fecali etichettati in un bacino idrografico. Hanno quindi accoppiato i dati a valori idrometrici (determinazione quantitativa del regime idrologico) e traccianti isotopi stabili. "La combinazione di tali dati costituisce un approccio innovativo. Sulla base dei nostri risultati, abbiamo sviluppato un modello matematico sulla diffusione dei batteri fecali, trasferibili anche ad altre regioni”, ha spiegato Chris Soulsby dell'Università di Aberdeen, il concetto olistico dello studio.

Previsione esatta della distribuzione dei batteri fecali in estate dal modello

Sia le prove sul campo dei ricercatori che coinvolgono batteri indicatori che il loro modello matematico hanno dimostrato che il grado di connettività idrologica svolge un ruolo cruciale nella distribuzione dei batteri fecali.

Usando questo metodo, il team è stato in grado di quantificare esattamente quando, e da dove, i batteri entrano nel sistema. "Nella nostra area di studio, le concentrazioni di batteri fecali nei torrenti erano più elevate in estate, che ci si può aspettare anche in altre regioni. L'estate è il periodo più popolare per l'uso ricreativo dei fiumi e gli eventi di precipitazioni intense si verificano più frequentemente, scaricando i batteri dalle aree circostanti negli ecosistemi di acqua dolce. In estate, perciò, nell'acqua entrano anche batteri che non provengono dalle immediate vicinanze del torrente, mentre in inverno, i batteri immagazzinati nella zona ripariale sono principalmente mobilitati.

Il modello che abbiamo sviluppato cattura con successo l'effettiva distribuzione dei batteri in estate, " ha dichiarato Dörthe Tetzlaff, illustrando i risultati dello studio.

I ricercatori devono adattare il modello basato su indicatori per migliorare la sua accuratezza predittiva per i mesi invernali. I ricercatori ritengono che la ragione di questa disparità potrebbe essere l'elevato tasso di mortalità dei batteri a temperature più basse e condizioni del suolo ghiacciato, che il modello non ancora cattura. "Ottimizzare un modello matematico così dinamico temporalmente e spazialmente è un'impresa molto eccitante, compito ancora laborioso. Ci sono così tante incognite che devono essere prese in considerazione, " ha concluso Dörthe Tetzlaff. Tuttavia, gli scienziati sono ottimisti sul fatto che il modello, e le sue versioni successive, rappresenterà un giorno la base scientifica per valutare la diffusione dei batteri fecali nei bacini idrografici dei torrenti.