Un nuovo studio mostra che i "punti caldi" dei nutrienti che circondano il fitoplancton, che sono minuscole alghe marine che producono circa la metà dell'ossigeno che respiriamo ogni giorno, svolgono un ruolo enorme nel rilascio di un gas coinvolto nella formazione delle nuvole e nella regolazione del clima.

La nuova ricerca quantifica il modo in cui specifici batteri marini elaborano una sostanza chimica chiave chiamata dimetilsulfoniopropionato (DMSP), che è prodotto in quantità enormi dal fitoplancton. Questa sostanza chimica svolge un ruolo fondamentale nel modo in cui lo zolfo e il carbonio vengono consumati dai microrganismi nell'oceano e rilasciati nell'atmosfera.

Il lavoro è riportato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , in un articolo dello studente laureato del MIT Cherry Gao, ex professore di ingegneria civile e ambientale al MIT Roman Stocker (ora professore all'ETH di Zurigo, in Svizzera), in collaborazione con Jean-Baptiste Raina e il professor Justin Seymour della University of Technology Sydney in Australia, e altri quattro.

Più di un miliardo di tonnellate di DMSP viene prodotto ogni anno da microrganismi negli oceani, rappresenta il 10% del carbonio che viene assorbito dal fitoplancton, un importante "pozzo" per l'anidride carbonica, senza i quali il gas serra si accumulerebbe ancora più velocemente nell'atmosfera. Ma il modo esatto in cui questo composto viene elaborato e come i suoi diversi percorsi chimici figurano nei cicli globali del carbonio e dello zolfo non erano stati ben compresi fino ad ora, dice Gao.

"Il DMSP è un'importante fonte di nutrienti per i batteri, " lei dice. "Soddisfa fino al 95 per cento della domanda batterica di zolfo e fino al 15 per cento della domanda batterica di carbonio nell'oceano. Quindi, data l'ubiquità e l'abbondanza di DMSP, ci aspettiamo che questi processi microbici abbiano un ruolo significativo nel ciclo globale dello zolfo".

Gao e i suoi collaboratori hanno modificato geneticamente un batterio marino chiamato Ruegeria pomeroyi, facendolo diventare fluorescente quando è stato attivato uno dei due diversi percorsi per l'elaborazione del DMSP, permettendo l'espressione relativa dei processi da analizzare in una varietà di condizioni.

Uno dei due percorsi, chiamata demetilazione, produce nutrienti a base di carbonio e zolfo che i microbi possono utilizzare per sostenere la loro crescita. L'altro percorso, chiamato scissione, produce un gas chiamato dimetilsolfuro (DMS), che Gao spiega "è il composto responsabile dell'odore del mare. In realtà ho annusato molto l'oceano in laboratorio quando stavo sperimentando".

Il DMS è il gas responsabile della maggior parte dello zolfo di origine biologica che entra nell'atmosfera dagli oceani. Una volta nell'atmosfera, i composti dello zolfo sono una fonte fondamentale di condensazione per le molecole d'acqua, quindi la loro concentrazione nell'aria influenza sia i modelli di pioggia che la riflettività complessiva dell'atmosfera attraverso la generazione di nuvole. Comprendere il processo responsabile di gran parte di quella produzione potrebbe essere importante in molti modi per perfezionare i modelli climatici.

Queste implicazioni climatiche sono "il motivo per cui siamo interessati a sapere quando i batteri decidono di utilizzare il percorso di scissione rispetto al percorso di demetilazione, " per capire meglio quanto dell'importante DMS viene prodotto in quali condizioni, dice Gao. "Questa è stata una domanda aperta per almeno due decenni."

Il nuovo studio ha scoperto che la concentrazione di DMSP nelle vicinanze regola il percorso utilizzato dai batteri. Al di sotto di una certa concentrazione, la demetilazione era dominante, ma al di sopra di un livello di circa 10 micromoli, dominava il processo di scissione.

"Ciò che è stato davvero sorprendente per noi è stato, dopo la sperimentazione con i batteri ingegnerizzati, abbiamo scoperto che le concentrazioni di DMSP in cui domina il percorso di scissione sono superiori al previsto, ordini di grandezza superiori alla concentrazione media nell'oceano, " lei dice.

Ciò suggerisce che questo processo difficilmente avviene in condizioni oceaniche tipiche, hanno concluso i ricercatori. Piuttosto, "punti caldi" su microscala di elevata concentrazione di DMSP sono probabilmente responsabili di una quantità altamente sproporzionata di produzione globale di DMS. Questi "punti caldi" su microscala sono aree che circondano alcune cellule di fitoplancton in cui sono presenti quantità estremamente elevate di DMSP a circa mille volte maggiori della concentrazione oceanica media.

"In realtà abbiamo fatto un esperimento di co-incubazione tra i batteri ingegnerizzati e un fitoplancton che produce DMSP, " Gao dice. L'esperimento ha mostrato "che in effetti, i batteri hanno aumentato la loro espressione della via che produce DMS, più vicino al fitoplancton."

La nuova analisi dovrebbe aiutare i ricercatori a comprendere i dettagli chiave di come questi microscopici organismi marini, attraverso il loro comportamento collettivo, stanno influenzando i processi biogeochimici e climatici su scala globale, dicono i ricercatori.