Lo scioglimento dei ghiacciai artici è in rapida recessione e i pionieri microscopici colonizzano i nuovi paesaggi esposti. I ricercatori della LMU hanno scoperto che i lieviti svolgono un ruolo importante nella formazione del suolo nell’Artico.
Circa un decimo della superficie terrestre è coperto da ghiaccio glaciale. Tuttavia, i ghiacciai si stanno ritirando sempre più rapidamente e ulteriormente a causa del riscaldamento globale. Così facendo, espongono nuovi paesaggi che per millenni sono stati ricoperti di ghiaccio, con un contatto estremamente limitato con aria, luce e nutrienti: condizioni che mettono a dura prova la sopravvivenza della vita. Dopo lo scioglimento e il ritiro dei ghiacciai, diverse forme di vita microbiche colonizzano il substrato roccioso ora accessibile, accumulando nutrienti e formando nuovi suoli ed ecosistemi. Poiché il suolo può costituire un’importante riserva di carbonio in determinate circostanze, il modo esatto in cui si formano nuovi suoli dopo lo scioglimento dei ghiacciai è una questione di grande rilevanza scientifica e sociale.
I primissimi pionieri di questo terreno inospitale sono microrganismi come batteri e funghi. “I microbi determinano la quantità di carbonio e azoto che può essere immagazzinata nei terreni giovani”, spiega il Professor William Orsi del Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente della LMU. “Ma si sa ancora poco sui processi esatti alla base di questa stabilizzazione dei nutrienti attraverso l’attività microbica”. Per comprenderli meglio, Orsi e il suo team hanno studiato i terreni dell’Artico recentemente esposti. Le loro ricerche facevano parte della tesi di dottorato di Juan Carlos Trejos-Espeleta, studente di Orsi, e sono state condotte in stretta collaborazione con il biogeochimico artico e ricercatore del CNRS, il Dott. James Bradley, dell’Istituto Mediterraneo di Oceanografia in Francia. Lo studio è stato finanziato dalla Fondazione Nazionale Tedesca per la Scienza (DFG), dal Consiglio per la Ricerca sull’Ambiente Naturale (NERC) e dalla Fondazione Nazionale per la Scienza (NSF). I risultati dello studio, a cui hanno partecipato altri ricercatori provenienti dagli Stati Uniti, dal Regno Unito e dalla Svizzera, sono stati pubblicati sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Cronologia della colonizzazione
L’oggetto delle loro analisi era l’avampaese glaciale del Midtre Lovénbreen, un ghiacciaio vallivo in ritirata nel nord-ovest di Spitsbergen. “Nell’alto Artico, lo scioglimento dei ghiacciai è particolarmente drammatico”, afferma Orsi. “Gli ambienti terrestri privi di ghiaccio si stanno espandendo a un ritmo straordinariamente rapido”. James Bradley, che ha lavorato per la prima volta sul sito nel 2013, ha dichiarato: “Dieci anni fa stavo perforando carote di ghiaccio nel ghiacciaio. Quando siamo tornati nel 2021, il ghiacciaio si era ritirato e al posto del ghiaccio c’erano terreni sterili, apparentemente privi di vita”. Ma dopo analisi di laboratorio di questi terreni, i ricercatori hanno scoperto che contengono comunità microbiche incredibilmente diversificate.
Le aree recentemente esposte sono ideali per studiare i cambiamenti incrementali del suolo. Più il suolo è vicino al margine del ghiacciaio, più è giovane; mentre più è lontano, più tempo ha avuto la vita per colonizzarlo. Immediatamente oltre il ghiaccio, c’è una zona di detriti rocciosi glaciali dove non esiste vita vegetale visibile, seguita da morene con muschi e licheni isolati, e solo dopo queste iniziano a formarsi piante da fiore e suolo in uno stadio avanzato di sviluppo. Pertanto, i margini dei ghiacciai in ritirata sono laboratori naturali ideali per osservare le varie fasi di sviluppo del suolo. Gli ecosistemi sono tra gli habitat più incontaminati, delicati e vulnerabili del pianeta e vengono rapidamente colonizzati da microbi specializzati, sebbene siano soggetti a temperature estreme, luce, acqua e disponibilità di nutrienti.
Il team di Orsi ha studiato la composizione microbica delle varie aree mediante analisi del DNA, misurando anche il ciclo e il flusso di carbonio e azoto. Attraverso esperimenti che coinvolgevano amminoacidi marcati con isotopi, sono stati in grado di seguire con precisione l’assimilazione e il metabolismo microbico del carbonio organico. “Eravamo particolarmente interessati a quale percentuale di carbonio i microrganismi trattengano nel suolo sotto forma di biomassa e quanta ne rilascino in atmosfera sotto forma di anidride carbonica”, afferma Juan Carlos Trejos-Espeleta.
I funghi pionieri sequestrano il carbonio nel suolo
Il loro focus principale era sui funghi, una classe di organismi che immagazzinano molto carbonio nel suolo e lo mantengono inalterato molto meglio dei batteri. Il rapporto tra funghi e batteri è un importante indicatore dello stoccaggio del carbonio: più funghi significano più carbonio nel suolo, mentre più batteri generalmente portano il suolo a emettere più CO2. “Negli ecosistemi dell’Artico settentrionale, la varietà di funghi è particolarmente elevata rispetto a quella delle piante, il che aumenta la probabilità che le comunità fungine possano svolgere un ruolo chiave come ingegneri degli ecosistemi”, afferma Orsi. Scoprire di più sui processi di assimilazione del carbonio delle popolazioni fungine e batteriche e sui processi di flusso del carbonio nell’ecosistema è fondamentale per formulare previsioni accurate su come gli ecosistemi terrestri dell’Artico risponderanno al futuro riscaldamento.
E in effetti, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che i funghi, o più precisamente, specifici lieviti basidiomiceti, svolgono un ruolo decisivo nella stabilizzazione precoce del carbonio assimilato. Secondo lo studio, sono i pionieri fungini nei giovani suoli postglaciali e danno un contributo decisivo all’arricchimento del carbonio organico. Il team di ricerca ha scoperto che questi funghi specializzati non solo sono in grado di colonizzare gli aspri paesaggi artici prima di qualsiasi altra forma di vita più complessa, ma forniscono anche un punto d’appoggio per lo sviluppo del suolo, creando una base di carbonio organico utilizzabile da altre forme di vita. Nei suoli in fase media e avanzata, i batteri dominano sempre più l’assimilazione degli amminoacidi, portando a una significativa riduzione della formazione di biomassa e a un aumento della CO2 derivante dalla respirazione. “I nostri risultati dimostrano che i funghi svolgeranno un ruolo cruciale nel futuro stoccaggio del carbonio nei suoli artici, man mano che i ghiacciai si ritirano ulteriormente e una maggiore superficie terrestre è ricoperta da suolo”, riassume Orsi.