Gli scienziati sul campo che lavorano al progetto Vanishing Glaciers non hanno paura delle altezze. Salgono sulle vette ghiacciate delle catene montuose dall'Himalaya alle Alpi, dotato di fiale, pipette, termometri e bombole di azoto liquido (che hanno soprannominato Dido e Fido). Il loro obiettivo è raccogliere campioni dei microrganismi che vivono nei corsi d'acqua alimentati dai ghiacciai e riportarli all'EPFL per l'analisi da parte dei loro colleghi.

Mentre i ghiacciai del mondo scompaiono, stanno portando con sé segreti ben custoditi. Lo scioglimento dei ghiacciai è uno dei segni più visibili del cambiamento climatico e alla fine causerà il prosciugamento dei torrenti alimentati dai ghiacciai, distruggendo un importante, ecosistema unico.

Gli scienziati dello Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory (SBER) dell'EPFL stanno lavorando duramente per apprendere questi segreti prima che sia troppo tardi. "Questi ruscelli drenano il tetto del nostro pianeta, "dice Tom Battin, capo di SBER e scienziato capo del progetto. "Mentre sappiamo che i cicli biogeochimici del pianeta sono generalmente orchestrati da microrganismi, non abbiamo ancora capito il ruolo esatto dei microrganismi che vivono ad alta quota. Quindi è essenziale studiare i loro ecosistemi e mappare quali sarebbero le conseguenze se scomparissero".

Campionamento dell'invisibile

Fuori in campo, i biofilm sono l'unica prova visibile dei microrganismi che popolano i torrenti alimentati dai ghiacciai, anche se sono lì a miliardi. I biofilm sono i sottili, dall'aspetto verdastro, strati viscosi che ricoprono le rocce dei torrenti. Ad Arolla, nel Canton Vallese, Martina Schon, un tecnico sul campo che lavora al progetto, raschia campioni di biofilm da una roccia che ha individuato e li mette con cura nel suo zaino per analisi successive.

Nel frattempo, il collega tecnico sul campo Matteo Tolosano raccoglie campioni di sedimenti. "Abbiamo suddiviso il lavoro di campionamento in modo da poter progredire più rapidamente. Ma è un compito strano perché stiamo campionando qualcosa che è fondamentalmente invisibile, " dice. Nelle vicinanze, Vincent De Staercke si trova nel mezzo di un ruscello per eseguire un altro tipo di lavoro sul campo:misurare la concentrazione di ossigeno nell'acqua in cui sono stati raccolti i campioni, utilizzando sensori e cavi in ​​fibra ottica collegati a un computer. "Sono gli unici dati in tempo reale che abbiamo sui microrganismi, " dice De Staercke. "Se la concentrazione di ossigeno scende, ciò significa che i batteri sono presenti perché lo stanno respirando".

Altri membri del team del progetto sono responsabili della raccolta di campioni di acque di scorrimento dei ghiacciai e dell'analisi dei suoi nutrienti e delle concentrazioni di ioni. Ciò fornirà un'indicazione delle condizioni necessarie affinché le popolazioni di batteri possano vivere e crescere. Mike Stillas, un capo spedizione, spiega:"I batteri sono come noi:vogliono mangiare! Ma in queste acque non c'è molta scelta nel menu".

Oltre a studiare la vita microbica, il team di ricerca sta anche osservando da vicino l'ambiente circostante. "Stiamo cercando di ottenere un'istantanea dettagliata delle condizioni ambientali, " dice Schön. "Un modo per farlo è prendere misurazioni di variabili come la temperatura dell'acqua, concentrazione di ossigeno, livello di anidride carbonica e pH."

Dalle vette al laboratorio di ricerca

Finora, il team ha raccolto campioni di acqua e sedimenti da oltre 100 corsi d'acqua alimentati dai ghiacciai in Nuova Zelanda, Russia, Groenlandia, Ecuador, Scandinavia e Alpi. Questi campioni sono ora in fase di analisi presso SBER. Hannes Peter, uno scienziato presso SBER, spiega:"Questi campioni sono eccezionali a causa delle condizioni estreme da cui provengono. Uno dei primi passi che abbiamo dovuto compiere in questo progetto, e uno dei più importanti, era progettare i nostri protocolli di test per un'efficienza ottimale in modo da poter eseguire tutte le analisi che desideriamo."

Gli scienziati di SBER hanno anche suddiviso il loro lavoro per la massima efficacia. Un gruppo sta studiando l'ecologia microbica, questo è, il ruolo dei microrganismi nel loro habitat e comunità e come si comportano. "Osserviamo i fattori legati alla biomassa, che è la quantità di organismi viventi nei nostri campioni, " dice Peter. "Per esempio, misuriamo le concentrazioni di clorofilla a—un indicatore delle alghe—contiamo il numero di cellule batteriche, e condurre esperimenti sulla produzione di batteri".

Tyler Kohler, un postdoc presso SBER, ha il compito di misurare gli enzimi extracellulari, quale, lui dice, "sono fantastici perché ci permettono di leggere la mente dei batteri". Questi enzimi, chiamati anche esoenzimi, sono prodotti dai batteri quando un composto di cui hanno bisogno, come il carbonio o l'azoto, si trova nei loro dintorni. "Lo studio degli esoenzimi ci dà un'idea di ciò che aiuta i batteri a crescere e riprodursi, "dice Kohler.

Allo stesso tempo, altri scienziati SBER stanno sequenziando e analizzando il DNA trovato nei campioni. Stanno usando la metagenomica per sequenziare i genomi di diverse specie che vivono nello stesso ambiente, e per rispondere a domande cruciali come:cosa c'è? Come mai? Come? "Le nostre analisi ci diranno esattamente quanto è diversificata la comunità microbica nei nostri campioni e ci permetteranno di identificare i genomi di alcuni di quei microrganismi, indipendentemente dalla comunità in cui si trovano, "dice Paraskevi Pramateftaki, un esperto tecnico.

Campioni, raccontaci tutto

La ricchezza di dati generati in questo progetto fornirà importanti informazioni sulle strategie che i microbi hanno adottato per sopravvivere in condizioni così estreme. Questo studio segna la prima volta che le informazioni biogeochimiche sui flussi alimentati dai ghiacciai vengono combinate con i dati sulla struttura e la funzione dei microrganismi che vivono in quei flussi.

Cosa hanno scoperto finora gli scienziati? Primo, che c'è una quantità vasta e varia di vita microbica nei corsi d'acqua. "Un solo cucchiaino di sedimento può contenere fino a un milione di cellule batteriche e centinaia di specie microbiche, "dice Battino.

Secondo, che praticamente gli stessi gruppi e specie di microrganismi possono essere trovati indipendentemente da dove vengono prelevati i campioni. Ciò indica che i microrganismi si sono adattati perfettamente ai loro ambienti.

Ultimo ma non meno importante, che poiché i microrganismi hanno pochissima capacità di evolversi in condizioni così estreme, hanno subito una microevoluzione. Battin spiega:"La microevoluzione ha creato un tipo altamente specifico di microdiversità che si trova solo in queste popolazioni di batteri. E poiché l'ambiente dei ghiacciai sta cambiando, il rischio è che il processo di microevoluzione - e la microdiversità - scompaiano, portando con sé parte della biodiversità del pianeta su scala più ampia".

Capire l'invisibile

Il progetto Vanishing Glaciers ha, come il resto del pianeta, colpiti dalla pandemia, ma gli scienziati sperano ancora di portare a termine le loro spedizioni pianificate in Nepal, Asia centrale, le Ande e l'Alaska. Intanto, stanno ancora elaborando i dati dei campioni già raccolti. "Il nostro obiettivo è essere in grado di svelare i segreti della vita microbica nei torrenti alimentati dai ghiacciai entro i prossimi anni, e per prevedere come cambieranno i corsi d'acqua e i loro microbiomi quando i ghiacciai del mondo svaniranno, "dice Battin. "In altre parole, vogliamo capire meglio l'invisibile."