Il metano è un forte gas serra che svolge un ruolo chiave nel clima terrestre. Ogni volta che utilizziamo il gas naturale, sia che accendiamo i fornelli della cucina o il barbecue, stiamo usando il metano.

Solo tre fonti sulla Terra producono naturalmente metano:vulcani, interazioni acqua-roccia sotto la superficie, e microbi. Tra queste tre fonti, la maggior parte è generata da microbi, che hanno depositato centinaia di gigatonnellate di metano nei fondali profondi. Sul fondo del mare filtra il metano, percola verso l'alto verso l'oceano aperto, e le comunità microbiche consumano la maggior parte di questo metano prima che raggiunga l'atmosfera. Negli anni, i ricercatori stanno trovando sempre più metano sotto il fondo marino, eppure molto poco lascia gli oceani ed entra nell'atmosfera. Dove sta andando il resto?

Un team di ricercatori guidati da Jeffrey J. Marlow, ex ricercatore post-dottorato in Biologia Organismica ed Evoluzionistica presso la Harvard University, scoperto comunità microbiche che consumano rapidamente il metano, impedendo la sua fuga nell'atmosfera terrestre. Lo studio pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze raccolti ed esaminati microbi mangiatori di metano da sette infiltrazioni di fondali marini geologicamente diversi e hanno trovato, più sorprendentemente, che le rocce carbonatiche di un sito in particolare ospitano comunità microbiche ossidanti il ​​metano con i più alti tassi di consumo di metano misurati fino ad oggi.

"I microbi in queste rocce carbonatiche agiscono come un biofiltro per il metano consumandolo tutto prima che lasci l'oceano, " ha detto l'autore senior Peter Girguis, Professore di Biologia Organismica ed Evoluzionistica, Università di Harvard. I ricercatori hanno studiato per decenni i microbi che vivono nei sedimenti del fondo marino e sanno che questi microbi consumano metano. Questo studio, però, ha esaminato in grande dettaglio i microbi che prosperano nelle rocce carbonatiche.

Le rocce carbonatiche del fondale marino sono comuni, ma in località selezionate, formano insolite strutture simili a camini. Questi camini raggiungono un'altezza da 12 a 60 pollici e si trovano in gruppi lungo il fondo del mare che ricordano un gruppo di alberi. A differenza di molti altri tipi di rocce, queste rocce carbonatiche sono porose, creando canali che ospitano una comunità molto densa di microbi consumatori di metano. In alcuni casi, questi microbi si trovano in densità molto più elevate all'interno delle rocce rispetto ai sedimenti.

Durante una spedizione del 2015 finanziata dall'Ocean Exploration Trust, Girguis ha scoperto una scogliera a camino di carbonato al largo della costa della California meridionale nel sito di acque profonde di Point Dume. Girguis è tornato nel 2017 con un finanziamento della NASA per costruire un osservatorio sui fondali marini. Entrando nel laboratorio di Girguis, Marlow, attualmente Assistant Professor di Biologia presso la Boston University, stava studiando i microbi nei carbonati. I due hanno deciso di condurre uno studio comunitario e raccogliere campioni dal sito.

"Abbiamo misurato la velocità con cui i microbi dei carbonati mangiano metano rispetto ai microbi nei sedimenti, " ha detto Girguis. "Abbiamo scoperto che i microbi che vivono nei carbonati consumano metano 50 volte più velocemente dei microbi nel sedimento. Spesso vediamo che alcuni microbi di sedimenti provenienti da vulcani di fango ricchi di metano, Per esempio, può essere da cinque a dieci volte più veloce nel mangiare metano, ma 50 volte più veloce è una cosa completamente nuova. Inoltre, questi tassi sono tra i più alti, se non il più alto, abbiamo misurato ovunque."

"Questi tassi di ossidazione del metano, o consumo, sono davvero straordinari, e ci siamo proposti di capire perché, " disse Marlow.

Il team ha scoperto che il camino di carbonato costituisce una casa ideale per i microbi per mangiare molto metano molto velocemente. "Questi camini esistono perché parte del metano nel fluido che fuoriesce dal sottosuolo viene trasformato dai microbi in bicarbonato, che può quindi precipitare dall'acqua di mare come roccia carbonatica, "disse Marlow. "Stiamo ancora cercando di capire da dove provenga quel fluido e il suo metano."

I microambienti all'interno dei carbonati possono contenere più metano del sedimento a causa della sua natura porosa. I carbonati hanno canali che irrigano costantemente i microbi con metano fresco e altri nutrienti, consentendo loro di consumare metano più velocemente. Nel sedimento, l'approvvigionamento di metano è spesso limitato perché si diffonde attraverso piccoli, canali tortuosi tra i grani minerali.

Una scoperta sorprendente è stata che, in alcuni casi, questi microbi sono circondati da pirite, che è elettricamente conduttivo. Una possibile spiegazione per gli alti tassi di consumo di metano è che la pirite fornisce un condotto elettrico che fa passare gli elettroni avanti e indietro, consentendo ai microbi di avere tassi metabolici più elevati e consumare rapidamente metano.

"Questi tassi molto elevati sono facilitati da questi carbonati che forniscono un quadro per la crescita dei microbi, " ha detto Girguis. "Il sistema assomiglia a un mercato in cui i carbonati consentono a un gruppo di microbi di aggregarsi in un posto e crescere e scambiarsi, in questo caso, scambio di elettroni, il che consente un maggiore consumo di metano".

Marlow accettò, "Quando i microbi lavorano insieme si scambiano elementi costitutivi come carbonio o azoto, o stanno scambiando energia. E un modo per farlo è attraverso gli elettroni, come una valuta energetica. La pirite disseminata in queste rocce carbonatiche potrebbe aiutare lo scambio di elettroni in modo più rapido e ampio".

Nel laboratorio, i ricercatori hanno messo i carbonati raccolti in reattori ad alta pressione e hanno ricreato le condizioni sul fondo del mare. Hanno dato loro metano etichettato con isotopi con aggiunta di carbonio-14 o deuterio (idrogeno-2) per monitorare la produzione e il consumo di metano. Il team ha poi confrontato i dati di Point Dume con altri sei siti, dal Golfo del Messico alla costa del New England. In tutte le località, le rocce carbonatiche alle infiltrazioni di metano contenevano microbi mangiatori di metano.

"Successivamente abbiamo in programma di districare come ciascuna di queste diverse parti dei carbonati:la struttura, conduttività elettrica, flusso del fluido, e una densa comunità microbica:rendono questo possibile. Al momento, non conosciamo l'esatto contributo di ciascuno, " disse Girgis.

"Primo, dobbiamo capire come questi microbi sostengono il loro tasso metabolico, se sono in un camino o nel sedimento. E abbiamo bisogno di saperlo nel nostro mondo che cambia per costruire il nostro potere predittivo, " ha detto Marlow. "Una volta chiarito come questi molti fattori interconnessi si uniscono per trasformare il metano in roccia, possiamo quindi chiederci come potremmo applicare questi microbi anaerobici mangiatori di metano ad altre situazioni, come discariche con perdite di metano".