La nitrificazione è un processo microbico fondamentale che trasforma l’ammonio in nitrato, un passaggio chiave nel ciclo dell’azoto degli oceani. Questa reazione ha un impatto significativo sulla chimica marina, poiché il nitrato è una risorsa fondamentale per la nuova produzione primaria, essenziale per la vita marina. Tuttavia, in molte regioni oceaniche, pur essendo presente l’ammonio, la nitrificazione mostra variazioni sorprendenti, che a volte possono coprire diverse scale di grandezza. La domanda che gli scienziati si sono posti per lungo tempo è: perché? La risposta, come rivelato da un recente studio condotto dal Professor Kevin Flynn e dal Dr. Luca Polimene, si trova nella trasformazione della materia organica disciolta (DOM) nell’acqua di mare. Per la prima volta, la ricerca ha svelato il motivo per cui la nitrificazione non si verifica sempre, anche quando l’ammonio è disponibile, collegando il processo alla trasformazione e al consumo di differenti componenti del DOM.
L’esperimento, durato un anno, ha tracciato le comunità microbiche naturali mentre processavano il DOM derivato dalle microalghe. I ricercatori hanno osservato come la qualità del DOM, che passa da fresca e labile a vecchia e resistente, determini il momento in cui la nitrificazione può iniziare. Sebbene il DOM non venga direttamente utilizzato dai nitrificatori, il modo in cui viene degradato influisce profondamente sulle comunità microbiche che competono per vivere nell’acqua di mare. Questo processo si è rivelato un “interruttore nascosto” che determina quando la nitrificazione diventa visibile.
I dettagli sull’esperimento
All’inizio dell’esperimento, i batteri eterotrofi, che si nutrono di carbonio organico, consumano il DOM labile e rilasciano ammonio come sottoprodotto. Questi batteri competono con i nitrificatori per nutrienti e spazio, ma quando il DOM labile si esaurisce, l’ecosistema cambia. A quel punto, i nitrificatori, che crescono lentamente ma costantemente, riescono finalmente a prosperare. La loro presenza segna l’inizio della nitrificazione.
Il modello di simulazione sviluppato dai ricercatori ha confermato questa successione ecologica: i batteri generalisti, che consumano rapidamente il DOM facilmente digeribile, cedono il posto a specialisti che attaccano composti DOM più complessi. Infine, i nitrificatori emergono, crescendo lentamente ma con continuità, una volta che la competizione per il DOM diminuisce.
Questo processo ha un’importanza significativa in un contesto di cambiamento climatico. Come ha spiegato il Dr. Luca Polimene, con il riscaldamento delle acque marine e l’intensificazione della stratificazione, si prevede che le fitoplancton producano più DOM ricco di carbonio e resistente. Questo potrebbe favorire i nitrificatori nella competizione con i batteri eterotrofi, alterando l’equilibrio tra la fissazione del CO₂ attraverso la nitrificazione e la sua produzione da parte dei batteri eterotrofi.
Inoltre, l’acidificazione degli oceani potrebbe influire negativamente sulla velocità della nitrificazione, alterando l’equilibrio tra ammonio e ammoniaca, quest’ultima essenziale per il processo. Le implicazioni per la formazione di carbonio sequestrato, la produzione di ossido di diazoto (un potente gas serra) e la produzione primaria rimangono da esplorare, ma questo studio apre nuove vie per comprendere l’interazione tra i microrganismi marini e i cambiamenti climatici.
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