Batteri in grado di "respirare" pietre e zolfo
I microbi rimuovono il solfuro tossico e utilizzano i minerali di ferro per la loro crescita
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Un team internazionale di scienziati guidato dai microbiologi Marc Mussmann e Alexander Loy dell'Università di Vienna ha scoperto un nuovo metabolismo microbico: i cosiddetti batteri MISO "catalizzano" i minerali di ferro ossidando il solfuro tossico. I ricercatori hanno scoperto che la reazione tra l'idrogeno solforato tossico e i minerali di ferro solidi non è solo un processo chimico, ma anche un processo biologico ancora sconosciuto in cui i versatili microbi presenti nei sedimenti marini e nelle zone umide terrestri rimuovono il solfuro tossico e lo utilizzano per la loro crescita. Questi batteri potrebbero quindi prevenire la diffusione di "zone morte" prive di ossigeno nei corpi idrici.
Esempio di habitat batterico MISO - zona umida (foto di una torbiera in Germania)
Alexander Loy
I cicli biogeochimici sono processi in cui elementi come il carbonio, l'azoto, lo zolfo e il ferro vengono convertiti attraverso reazioni di riduzione e ossidazione (reazioni redox) e circolano tra l'atmosfera, l'acqua, il suolo, la roccia e gli organismi viventi. Questi cicli sono strettamente legati al clima della Terra, in quanto regolano la formazione dei gas serra e influenzano l'equilibrio della temperatura del pianeta.
I microrganismi svolgono un ruolo centrale in quasi tutte le fasi di questi processi redox, ad esempio utilizzando composti di zolfo o ferro per la respirazione, in modo simile a come gli esseri umani utilizzano l'ossigeno per metabolizzare il cibo. In ambienti poveri di ossigeno, come i fondali marini o le zone umide, i composti di zolfo e ferro sono particolarmente importanti per la vita microbica. Lo zolfo si presenta in varie forme: come gas nell'atmosfera, come solfato negli oceani o come componente dei minerali nelle rocce. Allo stesso modo, il ferro può passare da una forma all'altra a seconda della disponibilità di ossigeno.
Quando i microbi metabolizzano i composti dello zolfo, spesso cambiano contemporaneamente la forma del ferro e viceversa. Questo accoppiamento dei cicli dello zolfo e del ferro ha implicazioni di vasta portata, poiché influenza la disponibilità di nutrienti nell'ambiente e la produzione o la degradazione di gas serra come l'anidride carbonica o il metano. La comprensione di questi cicli interconnessi è fondamentale per prevedere come gli ecosistemi risponderanno all'inquinamento, ai cambiamenti climatici e ad altri impatti umani.
I minerali di ferro "respirano" per disintossicare il solfuro
Microbi specializzati in ecosistemi privi di ossigeno come i sedimenti marini e le zone umide producono idrogeno solforato, un gas solforato tossico con il caratteristico odore di uova marce. L'interazione tra il solfuro e i minerali di ossido ferrico, come il ferro arrugginito, svolge un ruolo fondamentale nel controllo delle concentrazioni di solfuro. La reazione produce principalmente zolfo elementare e monosolfuro di ferro (FeS). Il FeS è un minerale nero responsabile, ad esempio, della colorazione scura dei sedimenti delle spiagge in condizioni di bassa ossigenazione.
"Dimostriamo che questa reazione redox rilevante per l'ambiente non avviene solo dal punto di vista chimico", spiega Alexander Loy, responsabile del gruppo di ricerca presso il CeMESS - il Centro di Microbiologia e Scienza dei Sistemi Ambientali dell'Università di Vienna: "I microrganismi possono anche utilizzare la reazione per la loro crescita". Il metabolismo energetico microbico appena scoperto, noto in breve come MISO, accoppia la riduzione dell'ossido di ferro(III) con l'ossidazione del solfuro. A differenza della reazione chimica, il MISO produce direttamente solfato, bypassando le fasi intermedie del ciclo dello zolfo. "I batteri MISO rimuovono il solfuro tossico e quindi possono prevenire la diffusione delle cosiddette 'zone morte' nei corpi idrici; allo stesso tempo, fissano la CO2 per la loro crescita, proprio come le piante", aggiunge lo scienziato senior Marc Mussmann.
Un processo microbico di importanza globale che supera la chimica
In esperimenti di crescita con un batterio MISO coltivato, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che la reazione biologica è più veloce della corrispondente reazione chimica. Ciò indica che i microbi sono i principali motori di questo processo in natura. "Diversi batteri e archei hanno la capacità genetica per la MISO", spiega Song-Can Chen, autore principale dello studio, "e sono presenti in una varietà di ambienti naturali e antropici". Nei sedimenti marini, la MISO potrebbe rappresentare fino al 7% dell'ossidazione globale dei solfuri a solfato, alimentata dal notevole afflusso di ferro reattivo dai fiumi e dallo scioglimento dei ghiacciai negli oceani.
Le scoperte del team dell'Università di Vienna, sostenute dal Cluster of Excellence "Microbiomes drive Planetary Health" del Fondo austriaco per la scienza FWF, rivelano un meccanismo biologico finora sconosciuto che collega i cicli di zolfo, ferro e carbonio in ambienti privi di ossigeno. "Questa scoperta dimostra in modo impressionante la versatilità dei microrganismi e sottolinea il loro ruolo essenziale nei cicli globali dei materiali", conclude Alexander Loy.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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