Nel tentativo di comprendere meglio come l’oceano immagazzina il carbonio, i ricercatori dell’UC Santa Barbara e i loro collaboratori hanno scoperto risultati che mettono in discussione le idee di lunga data su come l’anidride carbonica viene “fissata” nel buio e nelle profondità del mare. Guidato dall’oceanografo microbico dell’UCSB Alyson Santoro, il team riferisce Geoscienza della natura che il loro lavoro aiuta a colmare un divario di lunga data tra le stime della disponibilità di azoto e le misurazioni della fissazione del carbonio inorganico disciolto (DIC) nelle acque profonde.
“Qualcosa su cui stiamo cercando di capire meglio è la quantità di carbonio nell’oceano che viene fissata”, ha detto Santoro. “I numeri ora funzionano, il che è fantastico.”
Questo progetto è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation.
L’oceano come deposito planetario di carbonio
Chi sta riparando? L’oceano è il più grande serbatoio di carbonio della Terra, assorbe circa un terzo delle emissioni umane di anidride carbonica e contribuisce a mantenere sotto controllo la temperatura globale. Poiché facciamo così tanto affidamento su questa capacità tampone naturale, gli scienziati sono ansiosi di districare i complessi processi che controllano il modo in cui il carbonio entra, si muove e viene immagazzinato nel mare.
“Vogliamo sapere come il carbonio si muove nelle profondità dell’oceano, perché affinché l’oceano abbia un impatto sul clima, il carbonio deve passare dall’atmosfera alle profondità dell’oceano”, ha affermato Santoro.
Gran parte di questa fissazione del carbonio inorganico è effettuata dalla vita microscopica. In superficie, il fitoplancton, che sono organismi fotosintetici unicellulari, assorbono l’anidride carbonica inorganica (incluso il gas di anidride carbonica disciolto). Essendo autotrofi, producono il proprio cibo in modo simile alle piante terrestri, utilizzando anidride carbonica e acqua per costruire materia organica (zuccheri) e rilasciare ossigeno.
Vecchie ipotesi sui microbi delle profondità oceaniche
Gli scienziati generalmente credono che la maggior parte della fissazione del DIC avvenga nello strato superficiale illuminato dal sole grazie al fitoplancton fotosintetico, ma che una quantità significativa di fissazione del DIC non fotosintetico avvenga anche nelle regioni più profonde e scure dell’oceano. In queste acque senza sole, si pensava che il processo fosse dominato dagli archaea autotrofi che ossidano l’ammoniaca (un composto contenente azoto) per produrre energia invece di utilizzare la luce solare.
Tuttavia, quando i ricercatori hanno esaminato il bilancio energetico basato sull’azoto di questi microbi che fissano il carbonio campionando la colonna d’acqua, si sono presto resi conto che i conti non funzionavano.
“C’era una discrepanza tra ciò che le persone misuravano quando uscivano su una nave per misurare la fissazione del carbonio e ciò che si riteneva fossero le fonti di energia per i microbi”, ha detto Santoro. “Fondamentalmente non siamo riusciti a far funzionare il budget per gli organismi che fissano il carbonio.” I microbi richiedono energia per fissare il carbonio, ha spiegato, ma non sembrava esserci abbastanza energia derivata dall’azoto nelle profondità dell’oceano per supportare gli alti tassi di fissazione del carbonio che venivano segnalati in tutta la colonna d’acqua.
Un mistero decennale sul ciclo del carbonio
Questa discrepanza ha occupato l’attenzione di Santoro e dell’autrice principale dello studio, Barbara Bayer, per quasi dieci anni, mentre cercavano di colmare una lacuna chiave nella nostra comprensione del ciclo del carbonio dell’oceano. Studi precedenti avevano testato l’idea che forse gli archeobatteri che fissano il carbonio fossero molto più efficienti di quanto ipotizzato dagli scienziati, poiché necessitavano di meno azoto per fissare la stessa quantità di carbonio. Il loro lavoro, tuttavia, ha dimostrato che questa spiegazione non reggeva.
Per il nuovo studio, i ricercatori hanno spostato la loro attenzione e hanno posto una domanda diversa: quanto contribuiscono effettivamente questi ossidanti dell’ammoniaca alla fissazione complessiva del carbonio inorganico disciolto nell’oceano oscuro? Per rispondere a questa domanda, Bayer ha progettato un esperimento mirato.
“Ha trovato un modo per inibire specificamente la loro attività nelle profondità dell’oceano”, ha spiegato Santoro. Limitando l’attività di questi ossidanti con una sostanza chimica specializzata, il team si aspettava di vedere un forte calo nella fissazione del carbonio. È stato confermato che l’inibitore, il fenilacetilene, non ha altri effetti misurabili su altri processi comunitari.
I loro risultati hanno indicato che, nonostante l’inibizione di questi ossidanti dell’ammoniaca – per lo più archaea che abbondano nell’oceano scuro – il tasso di fissazione del carbonio nelle aree di studio non è diminuito quanto previsto.
Nuovi sospettati nella fissazione del carbonio nelle profondità marine
Se gli archaea ossidanti l’ammoniaca non sono responsabili della fissazione del carbonio come si credeva un tempo, altri microbi devono intervenire. Il gruppo di probabili contributori ora include ulteriori tipi di microbi nella comunità circostante, in particolare batteri e alcuni archaea.
“Pensiamo che ciò significhi che gli eterotrofi – i microrganismi che si nutrono di carbonio organico derivante dalla decomposizione dei microbi e di altre forme di vita marina – assorbono molto carbonio inorganico oltre al carbonio organico che solitamente consumano”, ha detto Santoro, “il che significa che sono anche responsabili della fissazione di parte dell’anidride carbonica.
“E questo è davvero interessante perché anche se sappiamo che si tratta di una possibilità teorica, non avevamo un numero quantitativo su quale frazione del carbonio nell’oceano profondo veniva fissata da questi eterotrofi rispetto a quelli autotrofi. E ora lo sappiamo.”
Ripensare la rete alimentare delle profondità oceaniche
Le nuove scoperte fanno molto più che chiarire chi sta fissando il carbonio in profondità. Forniscono inoltre nuove informazioni su come è strutturata e sostenuta la rete alimentare delle profondità oceaniche.
“Ci sono aspetti fondamentali di come funziona la rete alimentare nelle profondità dell’oceano che non comprendiamo”, ha detto Santoro, “e penso che questo sia come capire come funziona la base stessa della rete alimentare nelle profondità dell’oceano.”
Altri misteri degli abissi
Ulteriore lavoro in questo ambito per Santoro e i suoi collaboratori approfondirà gli aspetti più fini della fissazione del carbonio nell’oceano, come ad esempio il modo in cui il ciclo dell’azoto e il ciclo del carbonio interagiscono con altri cicli elementari nell’oceano, inclusi ferro e rame.
“L’altra cosa che stiamo cercando di capire è che una volta che questi organismi fissano il carbonio nelle loro cellule, come diventa disponibile per il resto della rete alimentare?” notò. “Che tipo di composti organici potrebbero fuoriuscire dalle loro cellule per alimentare il resto della rete alimentare?”
La ricerca in questo articolo è stata condotta anche da Nicola L. Paul, Justine B. Albers e Craig A. Carlson presso l’UCSB; Katharina Kitzinger e Michael Wagner dell’Università di Vienna e Mak A. Saito della Woods Hole Oceanographic Institution.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
