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Un gruppo di ricerca internazionale guidato dai microbiologi Marc Mussmann e Alexander Loy dell’Università di Vienna ha scoperto un tipo completamente nuovo di metabolismo microbico. I microrganismi appena identificati, noti come batteri MISO, sono in grado di “respirare” i minerali di ferro ossidando il solfuro tossico. Gli scienziati hanno scoperto che la reazione tra l’idrogeno solforato – un gas velenoso – e i minerali di ferro solidi non è solo un processo chimico, ma anche biologico. In questo percorso appena scoperto, i microbi adattabili che vivono nei sedimenti marini e nei terreni delle zone umide rimuovono il solfuro tossico e lo utilizzano come fonte di energia per la crescita. Questi batteri possono anche svolgere un ruolo importante nel prevenire l’espansione delle “zone morte” povere di ossigeno negli ecosistemi acquatici.
I risultati sono stati recentemente pubblicati in Natura.
Come i microbi alimentano i cicli degli elementi della Terra
Il movimento di elementi chiave come carbonio, azoto, zolfo e ferro attraverso l’ambiente avviene attraverso i cosiddetti cicli biogeochimici. Queste trasformazioni avvengono attraverso reazioni di riduzione e ossidazione (redox) che spostano gli elementi tra aria, acqua, suolo, rocce ed esseri viventi. Poiché questi cicli regolano i gas serra, hanno un’influenza diretta sul clima terrestre e sull’equilibrio della temperatura. I microrganismi guidano quasi ogni fase di questi processi, utilizzando sostanze come lo zolfo e il ferro per la respirazione, più o meno allo stesso modo in cui gli esseri umani fanno affidamento sull’ossigeno per metabolizzare il cibo.
Lo zolfo e il ferro sono particolarmente essenziali per le comunità microbiche che vivono in habitat privi di ossigeno come i fondali oceanici, le zone umide e i sedimenti. Lo zolfo può esistere come gas nell’atmosfera, come solfato disciolto nell’acqua di mare o bloccato all’interno di depositi minerali. Il ferro, d’altra parte, si sposta tra diverse forme chimiche a seconda della disponibilità di ossigeno. Quando i microbi processano lo zolfo, spesso cambiano contemporaneamente la forma del ferro, creando una relazione strettamente legata tra i due elementi. Questo accoppiamento influisce sul ciclo dei nutrienti e influenza la produzione o il consumo di gas serra come l’anidride carbonica e il metano. Comprendere queste connessioni aiuta gli scienziati a prevedere come i sistemi naturali rispondono ai cambiamenti ambientali, inclusi l’inquinamento e il riscaldamento globale.
Microbi che usano il ferro per eliminare il solfuro tossico
In ambienti poveri di ossigeno come sedimenti marini, zone umide e falde acquifere sotterranee, alcuni microbi producono idrogeno solforato, un gas maleodorante e altamente tossico. Le interazioni tra questo solfuro e i minerali di ossido di ferro (III) – essenzialmente ruggine – aiutano a mantenere sotto controllo i livelli di solfuro. Fino ad ora, gli scienziati pensavano che questo processo avvenisse solo attraverso reazioni chimiche che creavano zolfo elementare e monosolfuro di ferro (FeS), il minerale nero responsabile del colore scuro delle sabbie delle spiagge a basso contenuto di ossigeno.
“Abbiamo dimostrato che questa reazione redox importante per l’ambiente non è esclusivamente chimica”, afferma Alexander Loy, leader del gruppo di ricerca presso CeMESS, il Centro di microbiologia e scienza dei sistemi ambientali dell’Università di Vienna. “I microrganismi possono anche sfruttarlo per la crescita.”
La scoperta del team rivela una nuova forma di produzione di energia microbica chiamata MISO. Questo processo collega la riduzione dell’ossido di ferro (III) con l’ossidazione del solfuro. A differenza di una reazione puramente chimica, MISO genera direttamente solfato, saltando le fasi intermedie del ciclo dello zolfo. “I batteri MISO rimuovono il solfuro tossico e possono aiutare a prevenire l’espansione delle cosiddette ‘zone morte’ negli ambienti acquatici, fissando al contempo l’anidride carbonica per la crescita, in modo simile alle piante”, aggiunge Marc Mussmann, scienziato senior del CeMESS.
Un processo veloce e diffuso che modella il pianeta
Negli esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno scoperto che la reazione MISO effettuata dai microbi avviene più velocemente della stessa reazione quando avviene chimicamente. Ciò indica che i microrganismi sono probabilmente la forza principale dietro questa trasformazione negli ambienti naturali. “Diversi batteri e archaea possiedono la capacità genetica per MISO”, spiega l’autore principale Song-Can Chen, “e si trovano in una vasta gamma di ambienti naturali e creati dall’uomo”.
Secondo lo studio, l’attività MISO nei sedimenti marini potrebbe essere responsabile fino al 7% di tutta l’ossidazione globale dei solfuri in solfati. Questo processo è alimentato dal flusso costante di ferro reattivo che entra negli oceani dai fiumi e dallo scioglimento dei ghiacciai. La ricerca, sostenuta dall’Austrian Science Fund (FWF) come parte del cluster di eccellenza “Microbiomes Drive Planetary Health”, identifica un nuovo meccanismo biologico che collega il ciclo di zolfo, ferro e carbonio in ambienti privi di ossigeno.
“Questa scoperta dimostra l’ingegnosità metabolica dei microrganismi ed evidenzia il loro ruolo indispensabile nel modellare i cicli globali degli elementi della Terra”, conclude Alexander Loy.
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Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com