Usando un nuovo metodo per rilevare l’attività microbica nelle croste biologiche del suolo, o biocroste, dopo che sono state bagnate, un gruppo di ricerca guidato dalla Penn State in un nuovo studio ha scoperto indizi che porteranno a una migliore comprensione del ruolo che i microbi svolgono nella formazione di un vivente pelle su molti ecosistemi semi-aridi in tutto il mondo. I minuscoli organismi – e i microbiomi che creano – sono minacciati dal cambiamento climatico.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in Frontiere della microbiologia.
“Le biocroste attualmente coprono circa il 12% della superficie terrestre e prevediamo che diminuiranno dal 25% al 40% circa entro 65 anni a causa dei cambiamenti climatici e dell’intensificazione dell’uso del suolo”, ha affermato Estelle Couradeau, capogruppo della Penn State Assistant Professor of suoli e microbiologia ambientale. “Speriamo che questo lavoro possa aprire la strada alla comprensione delle funzioni microbiche che supportano la resilienza della biocrosta ai modelli climatici in rapido cambiamento e alle siccità più frequenti”.
Le croste biologiche del suolo sono assemblaggi di organismi che formano uno strato superficiale perenne e ben organizzato nel suolo. Sono molto diffuse, presenti in tutti i continenti dove la scarsità d’acqua limita la crescita delle piante comuni, permettendo alla luce di raggiungere il suolo nudo. Ma c’è ancora acqua sufficiente per sostenere la crescita di microrganismi che svolgono preziosi servizi ecosistemici come prendere carbonio e azoto dall’aria e fissarli nel suolo, riciclare i nutrienti e tenere insieme le particelle del suolo, il che aiuta a prevenire la polvere.
Quella funzione di stabilizzazione del suolo – che riduce l’erosione fornendo i mezzi affinché il suolo si raggruppi e non si decomponga in polvere – è estremamente importante, secondo Couradeau. Il suo gruppo di ricerca, ora al College of Agricultural Sciences della Penn State, studia intensamente le biocroste da un decennio.
“La maggior parte della polvere viene generata nelle terre aride e gli studi suggeriscono che la presenza di biocroste nelle terre aride riduce notevolmente la quantità di polvere che altrimenti si farebbe strada nell’atmosfera”, ha affermato. “Pensiamo che la perdita di biocroste causerebbe un aumento dal 5% al 15% delle emissioni e dei depositi globali di polvere, il che influenzerebbe il clima, l’ambiente e la salute umana”.
Nelle regioni semi-aride in cui esistono biocroste, gli organismi – minuscoli muschi, licheni, alghe verdi, cianobatteri, altri batteri e funghi – possono sperimentare solo pochi eventi di pioggia o neve all’anno, ha spiegato Ryan Trexler, un dottorando nell’Intercollege Graduate Degree Program in ecologia e in biogeochimica, che ha guidato la ricerca.
“Quando il terreno è asciutto, per la maggior parte, i microbi nel terreno sono dormienti, non fanno molto”, ha detto. “Ma non appena percepiscono l’acqua, vengono rianimati molto rapidamente, in pochi secondi o minuti. E stanno attivamente producendo clorofilla e fissando carbonio e azoto fino a quando il terreno non è di nuovo asciutto, e poi i microbi tornano dormienti. Vanno attraverso cicli di attività ogni volta che piove.”
Per studiare le biocroste, i ricercatori hanno prelevato campioni da tre appezzamenti di biocroste indisturbate dominate da cianobatteri situate sull’altopiano del Colorado vicino a Moab, nello Utah. I campioni di biocrosta sono stati prelevati in autunno dopo la pioggia che ha bagnato il terreno sufficientemente per attivare i microbi. I campioni sono stati successivamente essiccati e conservati al buio e poi nuovamente bagnati molto più tardi durante la ricerca.
“Abbiamo provato quello che chiamiamo ‘un deserto freddo’, perché è molto arido, ma in inverno a volte nevica”, ha detto Trexler. “Quindi, non è così caldo come in molti altri luoghi aridi, ma le piante non possono comunque prosperare lì perché non c’è abbastanza acqua. E quindi, l’unica comunità che troviamo nei suoli del sito è quella microbica”.
Per determinare quali microrganismi sono attivi all’interno delle comunità del suolo, i ricercatori hanno accoppiato l’etichettatura bioortogonale non canonica degli amminoacidi – nota come BONCAT – con la selezione cellulare attivata dalla fluorescenza. BONCAT è un potente strumento per tracciare la sintesi proteica a livello di singole cellule all’interno di comunità e interi organismi, mentre il cell sorting attivato dalla fluorescenza ordina le cellule in base al fatto che stiano producendo nuove proteine.
I ricercatori hanno combinato questi processi con il sequenziamento metagenomico del fucile, che ha permesso loro di campionare in modo completo tutti i geni in tutti gli organismi presenti nei campioni di biocrosta. Hanno applicato questo metodo per profilare la diversità e le potenziali capacità funzionali di microrganismi attivi e inattivi in una comunità di biocroste dopo essere stati rianimati da un evento di pioggia simulato. I ricercatori hanno scoperto che il loro nuovo approccio può distinguere microrganismi attivi e inattivi nelle biocroste bagnate.
I componenti attivi e inattivi della comunità di biocroste differivano per ricchezza e composizione di specie sia a quattro che a 21 ore dopo l’evento di bagnatura, hanno riferito i ricercatori.
Hanno contribuito alla ricerca Marc Van Goethem, Lawrence Berkeley National Laboratory e King Abdullah University of Science and Technology, Jeddah, Arabia Saudita; Danielle Goudeau, Nandita Nath, Trent Northen e Rex Malmstrom, Lawrence Berkeley National Laboratory, Joint Genome Institute del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha sostenuto questa ricerca.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
