Quasi un terzo delle risorse di acqua dolce della Terra si trova nelle acque sotterranee, molto più che in tutti i laghi, fiumi e atmosfera messi insieme, e superato solo dall’acqua ghiacciata nelle calotte polari. Di conseguenza, circa la metà dell’umanità dipende dalle acque sotterranee come fonte di acqua potabile.
Nonostante la presenza globale e l’importanza essenziale delle acque sotterranee, tuttavia, la conoscenza degli organismi che le abitano e di come sopravvivono rimane scarsa.
Una recente indagine condotta dall’ecologo microbico Emil Ruff del Marine Biological Laboratory (MBL) ha scoperto che le antiche acque sotterranee ospitano non solo comunità microbiche diverse e attive, ma anche un numero inaspettatamente elevato di cellule microbiche. Sorprendentemente, alcuni di questi microbi sembrano produrre “ossigeno scuro” (in assenza di luce solare) in tale abbondanza che l’ossigeno può nutrire non solo quei microbi, ma può anche diffondersi nell’ambiente e supportare altri microbi dipendenti dall’ossigeno che possono t produrlo da soli. Lo studio è pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura.
“Quando si fa ricerca, è comune trovare risultati sorprendenti; sappiamo ancora molto poco del cosmo”, ha detto Ruff. “Ma è un punto culminante trovare qualcosa di così assolutamente inaspettato come l’ossigeno che sembra essere prodotto in profondità sotto i nostri piedi nell’oscurità permanente. All’inizio pensavamo di aver contaminato tutti i nostri campioni, ma ulteriori analisi hanno supportato una fonte del gas all’interno del falde acquifere”.
Lo studio ha esaminato 138 campioni di acque sotterranee prelevati da 14 falde acquifere che si trovano sotto più di 80.000 miglia quadrate di prateria nella provincia di Alberta, in Canada, un’area grande tre volte l’Irlanda. Lo scopo era studiare la biogeochimica e l’ecologia microbica di un’ampia gamma di ambienti acquiferi.
“La fuoriuscita di ossigeno scuro nelle acque sotterranee potrebbe avere conseguenze molto importanti per la ricerca sui cambiamenti climatici”, ha affermato il coautore Marc Strous dell’Università di Calgary. “Abbiamo indicazioni che i microbi utilizzano l’ossigeno delle acque sotterranee per consumare metano, un gas serra. Soprattutto nella provincia di Alberta, il metano è comune nelle acque sotterranee e può fuoriuscire dal terreno nell’atmosfera. Cercheremo ora di capire se e quanto metano questi microbi impediscono di essere emessi.”
Sorprendentemente, il team ha trovato molte più cellule microbiche nei campioni di acque sotterranee più vecchie che nelle acque sotterranee più giovani, suggerendo che queste antiche acque sotterranee si sono evolute nel tempo per fornire energia ai microbi per crescere. Questa scoperta è in contrasto con studi precedenti negli ecosistemi oceanici e terrestri sotterranei che hanno rilevato che la densità delle cellule microbiche diminuisce comunemente con l’aumentare della profondità, presumibilmente a causa di limitazioni energetiche.
“Il conteggio delle cellule batteriche al microscopio richiede un’enorme pazienza e abilità e raramente viene eseguito per un gran numero di campioni”, ha affermato Strous. “Eppure, quando Isabella Hrabe de Angelis si è unita al dottor Ruff come studentessa del progetto, ha fatto proprio questo e ha trascorso centinaia di ore dietro un microscopio. È stato grazie a questo sforzo che abbiamo potuto dimostrare che queste acque sotterranee sono in realtà ecosistemi produttivi, dove tutti si aspettava che fossero “deserti” sotterranei, generalmente privi di nutrienti ed energia”.
Lo studio ha incluso collaboratori dell’Università di Calgary, in Canada; Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germania; Woods Hole Oceanographic Institution e Alberta Environment and Protected Areas, Calgary, Canada.
Ossigeno o muori
L’ossigeno è vitale per la vita degli esseri umani, della maggior parte degli animali e di molti microrganismi. Di gran lunga, la maggior parte dell’ossigeno sulla Terra viene prodotto tramite la fotosintesi, in cui piante e microbi usano la luce solare come fonte di energia per assimilare l’anidride carbonica per la crescita. Poiché questo ossigeno non è tutto utilizzato dalle piante e dai microbi stessi, nel corso di eoni potrebbe accumularsi nell’atmosfera, dove è disponibile per gli esseri umani e altri organismi dipendenti dall’ossigeno.
Esistono, tuttavia, alcuni oscuri processi chimici e microbici che possono produrre ossigeno in assenza di luce. In un caso, i microbi dividono l’ossido nitrico in azoto e ossigeno, e nell’altro dividono il clorito in cloruro e ossigeno. Si pensava che questi processi, chiamati anche dismutazioni microbiche, fossero molto rari e rilevanti solo su scala micro, con l’ossigeno prodotto che veniva immediatamente consumato.
Tuttavia Ruf et. al. ha trovato prove che tali microbi produttori di ossigeno possono essere molto abbondanti e attivi negli ecosistemi delle acque sotterranee. Infatti, così abbondanti e attivi che sembrano disperdere notevoli quantità di questo “ossigeno oscuro” nell’ambiente circostante, provocandone l’accumulo. Analogamente all’accumulo di ossigeno nell’atmosfera mediante la fotosintesi, questo processo sotterraneo può consentire ai microbi che dipendono dall’ossigeno di sopravvivere e prosperare.
“L’uso dell’ossigeno per la respirazione rilascia molta energia che un organismo può utilizzare per crescere e propagarsi”, ha detto Ruff. “Non sorprende che praticamente tutti gli animali che possono essere visti ad occhio nudo utilizzino ossigeno, inclusi insetti, molluschi e vertebrati. Senza ossigeno non potrebbero sostenere corpi così grandi. Allo stesso modo, pensiamo che il gran numero di microbi che troviamo in queste acque sotterranee sono sostenute dall’energia rilasciata dall’uso dell’ossigeno. Questa scoperta sfida la nostra attuale comprensione degli ecosistemi del sottosuolo della Terra”.
I campioni di acque sotterranee per questo studio sono stati ottenuti dal Groundwater Observation Well Network gestito da Alberta Environment and Protected Areas, Canada, che ha raccolto dati geochimici per le acque sotterranee da oltre 250 siti di campionamento ottenuti dal monitoraggio di pozzi in diverse falde acquifere e regioni dell’Alberta, che rappresentano una varietà dei regimi geochimici e dell’età delle acque sotterranee.
La provincia dell’Alberta ospita importanti giacimenti di petrolio, gas e carbone ed è stata ampiamente studiata nel contesto dell’esplorazione e dello sviluppo di petrolio e carbone.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
