Piccole alghe negli oceani e nei laghi della Terra assorbono la luce solare e l'anidride carbonica e li trasformano in zuccheri che sostengono il resto della rete alimentare acquatica, divorando tanto carbonio quanto tutti gli alberi e le piante del mondo messi insieme.

Una nuova ricerca mostra che un pezzo cruciale è mancato alla spiegazione convenzionale di ciò che accade tra questo primo "fissaggio" della CO ₂ nel fitoplancton e il suo eventuale rilascio nell'atmosfera o discesa in profondità dove non contribuisce più al riscaldamento globale. Il pezzo mancante? Fungo.

"Fondamentalmente, il carbonio risale la catena alimentare negli ambienti acquatici in modo diverso da come si pensa comunemente, " disse Anne Dekas, un assistente professore di scienze del sistema terrestre alla Stanford University. Dekas è l'autore senior di un articolo pubblicato il 1 giugno in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze che quantifica quanto carbonio entra nei funghi parassiti che attaccano le microalghe.

Giostra subacquea

I ricercatori fino ad ora hanno previsto che la maggior parte del carbonio si fissa in colonie di le alghe unicellulari note come diatomee si incanalano direttamente nei batteri o si dissolvono come il tè nell'acqua circostante, dove è in gran parte assorbito da altri batteri. Il pensiero convenzionale presuppone che il carbonio fuoriesca da questo ciclo microbico principalmente attraverso organismi più grandi che pascolano sui batteri o sulle diatomee, o tramite la CO ₂ che ritorna nell'atmosfera mentre i microbi respirano.

Questo viaggio è importante nel contesto del cambiamento climatico. "Affinché avvenga il sequestro del carbonio, carbonio da CO ₂ deve risalire la catena alimentare in pezzi di biomassa abbastanza grandi da poter sprofondare nel fondo dell'oceano, " Ha detto Dekas. "Ecco come è davvero rimosso dall'atmosfera. Se cicla solo per lunghi periodi sulla superficie dell'oceano, può essere rilasciato di nuovo nell'aria come CO ₂ ."

Si scopre che il fungo crea una corsia preferenziale sottovalutata per il carbonio, "smistando" fino al 20 percento del carbonio fissato dalle diatomee fuori dall'anello microbico e nel parassita fungino. "Invece di passare per questa giostra, dove il carbonio potrebbe eventualmente tornare nell'atmosfera, hai un percorso più diretto verso i livelli più alti della catena alimentare, " ha detto Deka.

I risultati hanno anche implicazioni per gli ambienti industriali e ricreativi che si occupano di fioriture algali dannose. "In acquacoltura, per mantenere la coltura primaria, come il pesce, sano, fungicidi possono essere aggiunti all'acqua, " disse Dekas. Ciò preverrà l'infezione fungina del pesce, ma potrebbe anche eliminare un controllo naturale sulle fioriture algali che costano all'industria circa 8 miliardi di dollari all'anno. "Fino a quando non comprendiamo le dinamiche tra questi organismi, dobbiamo stare molto attenti alle politiche di gestione che stiamo usando".

Interazioni microbiche

Gli autori hanno basato le loro stime su esperimenti con popolazioni di funghi chitridi chiamati Rhizophydiales e il loro ospite, un tipo di alghe d'acqua dolce o diatomee chiamato Asterinella formosa . I coautori in Germania hanno lavorato per isolare questi microbi, così come i batteri che si trovano dentro e intorno alle loro cellule, dall'acqua raccolta dal lago Stechlin, circa 60 miglia a nord di Berlino.

"Isolare un microrganismo dalla natura e coltivarlo in laboratorio è difficile, ma isolando e mantenendo due microrganismi come patosistema, in cui uno uccide l'altro, è una vera sfida, " ha detto l'autore principale Isabell Klawonn, che ha lavorato alla ricerca come borsista post-dottorato nel laboratorio di Dekas a Stanford. "Solo pochi sistemi modello sono quindi disponibili per ricercare tali interazioni parassitarie".

Gli scienziati hanno ipotizzato già negli anni '40 che i parassiti svolgessero un ruolo importante nel controllo dell'abbondanza di fitoplancton, e osservarono epidemie di funghi chitridi che infettavano Asterinella fiorisce nell'acqua del lago. I progressi tecnologici hanno reso possibile distinguere questi mondi invisibili in dettagli fini e misurabili e iniziare a vedere la loro influenza in un quadro molto più ampio.

"Ci stiamo rendendo conto come comunità che non sono solo le capacità di un singolo microrganismo che sono importanti per capire cosa succede nell'ambiente. È come interagiscono questi microrganismi, " ha detto Deka.

Gli autori hanno misurato e analizzato le interazioni all'interno del patosistema del lago Stechlin utilizzando il sequenziamento genomico; una tecnica di microscopia a fluorescenza che prevede il fissaggio di colorante fluorescente all'RNA all'interno delle cellule microbiche; e uno strumento altamente specializzato a Stanford, una delle poche dozzine al mondo, chiamato NanoSIMS, che crea mappe su nanoscala degli isotopi degli elementi che sono presenti nei materiali in quantità incredibilmente piccole. Dekas ha detto, "Per ottenere queste misurazioni di una singola cellula per mostrare come il carbonio fotosintetico scorre tra cellule specifiche, dalla diatomea al fungo ai batteri associati, è l'unico modo per farlo".

L'esatta quantità di carbonio deviata al fungo dalla giostra microbica può differire in altri ambienti. Ma la scoperta che può arrivare fino al 20 percento anche in un ambiente è significativa, ha detto Deka. "Se stai cambiando questo sistema di più di qualche punto percentuale in qualsiasi direzione, può avere implicazioni drammatiche per il ciclo biogeochimico. Fa una grande differenza per il nostro clima".