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Come i batteri marini conformano il mondo

I microrganismi marini eterotrofi influenzano i cicli del carbonio e dell’azoto più di tutte le foreste del mondo messe insieme. La produttività di questi batteri, tuttavia, dipende dai livelli di turbolenza delle acque, un fattore che finora era stato erroneamente considerato irrilevante.

Per definire modelli quantitativi più affidabili dei cicli del carbonio e dell’azoto su scala globale è necessaria un’analisi più approfondita delle capacità di assorbire nutrienti da parte dei microrganismi marini in funzione delle turbolenze che caratterizzano le acque in cui essi vivono. E’ la conclusione a cui è giunto uno studio pubblicato su “Science”, che confuta uno dei presupposti su cui questi modelli si basano.
I microrganismi marini influenzano le dinamiche ambientali in modo fondamentale attraverso il controllo della biogeochimica e della produttività degli oceani. In media un millilitro di acqua di mare contiene un milione di batteri eterotrofi che svolgono un ruolo ecologico essenziale, decomponendo dal 35 all’80 per cento della produzione primaria netta dell’oceano per convertirlo in forma di particolato disponibile per il consumo da parte di organismi più grandi.

Di fatto, gli effetti cumulativi dell’azione di questi esseri unicellulari influenzano i cicli del carbonio e dell’azoto più di quanto non facciano tutti gli animali superiori o addirittura tutte le foreste.
La valutazione di questi effetti è però difficile, perché nella costruzione dei modelli che riguardano i cicli del carbonio e dell’azoto vengono fatte alcune assunzioni che fino a oggi era difficile verificare, la più impegnativa delle quali riguarda la distribuzione negli oceani dei nutrienti necessari ai microrganismi, considerata sostanzialmente omogenea.

In realtà, le sostanze nutrienti non sono affatto ugualmente distribuite nelle acque oceaniche, ma si diffondono a partire da numerosi “punti caldi”. Nello scenario finora ipotizzato, le turbolenze degli ambienti marini erano viste solamente come un fattore di rimescolamento e omogeneizzazione della densità dei nutrienti, sostanzialmente privo di rilevanza sulla capacità di assorbimento di sostanze nutritizie, e quindi sulla produttività, dei microrganismi marini.

Ora uno studio condotto da John Taylor dell’Università di Cambridge e da Roman Stocker del Massachusetts Institute of Technology attraverso un’ampia gamma di simulazioni numeriche indica invece che le turbolenze dell’acqua influenzano significativamente il comportamento alimentare e la produttività dei microrganismi marini, e in particolare di quelli che sono in grado di avere una propria mobilità, che tendono a spostarsi seguendo i “filamenti” di nutrienti che si creano lungo le linee di turbolenza.

Per comprendere appieno l’impatto di questo cambiamento di prospettiva, osservano gli autori, è però necessario sviluppare e approfondire nuovi strumenti concettuali, a partire da una teoria del foraggiamento microbico ottimale in un ambito marino caratterizzato da complessi gradienti di sostanze nutritizie.

La possibilità di arrivare a questo risultato – aggiunge Stocker in un secondo articolo di accompagnamento al primo – è oggi aperta dalla disponibilità di nuovi strumenti che, a partire dalla microscopia a forza atomica, stanno permettendo ai ricercatori di controllare in modo sempre più dettagliato singole cellule e ambienti alle micro-scale, mettendo anche in luce l’organizzazione spaziale dei microbi marini.

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