Italiano English
Download PDF

Flussi di metano tra terreno e atmosfera: il ruolo dei batteri

Le concentrazioni atmosferiche di gas serra, tra cui il biossido di carbonio (CO2) e il metano (CH4) sono aumentate dal periodo pre-industriale come conseguenza delle attività antropiche. Come possono elevate concentrazioni di questi gas infuenzare gli ecosistemi e il loro funzionamento? Vari studi hanno cercato di dare una risposta a questa domanda basandosi sulle risposte di crescita delle piante e degli effetti sul bilancio del carbonio. Tuttavia non basta limitarsi allo studio dell'attività fotosintetica poiché anche altri gas giocano ruoli importanti nell'equilibrio degli ecosistemi. I meccanismi che regolano queste dinamiche possono influenzare l'andamento climatico.

L'attività dei microrganismi. Il saldo del metano di un ecosistema viene determinato dalla somma di sorgenti e riserve, entrambe influenzati quasi esclusivamente dai processi microbici del suolo. La percentuale di ossigeno presente è il fattore limitante principe che guida i processi di trasformazione: in condizioni aerobiche prevale l'ossidazione, mentre in condizioni asfittiche prevale la metanogenesi condotta dagli archeobatteri.
La metanogenesi e l'ossidazione spesso si co-verificano: viene quindi consumata una certa percentuale di CH4 prodotta dai metanogeni da parte dei metanotrofi, prima della sua liberazione in atmosfera.  In queste condizioni, i metanotrofi rappresentano un "biofiltro" per il CH4 endogeno. Viceversa, la metanogenesi può privilegiare l'attività dei metanotrofi, che a loro volta possono ossidare grandi quantità di metano dall'atmosfera, una volta cessata la produzione nel terreno. Ovviamente l'ossidazione del metano atmosferico (a basse concentrazioni) e quella del metano nel terreno (ad alte concentrazioni) prevede l'azione di enzimi con proprietà molto diverse. È ancora oggi poco chiaro se siamo di fronte a gruppi batterici diversi che possiedono i diversi enzimi o se la stessa specie ne possieda vari tipi.
Gli altri fattori. Anche l'ecologia dell'ossidazione del CH4 atmosferico non è ben compresa. Molti studi hanno dimostrato che le limitazioni al trasporto del metano spesso controllano anche il suo assorbimento nel terreno, almeno a moderata umidità del suolo. Tuttavia, l'umidità può anche limitare l'attività dei metanotrofi, poiché causa di stress fisiologico. Un secondo fattore importante è la disponibilità di azoto. Alti livelli di azoto minerale, in particolare NH4+, sono in grado di inibire l'ossidazione del metano. Studi di laboratorio hanno attribuito questo effetto all'inibizione dell'enzima metano mono-ossigenasi, che catalizza la prima fase di dell'assimilazione del CH4. La permanenza dei concimi azotati nel terreno, in periodi di siccità che vedono un ridotto assorbimento radicale dell'elemento, possono provocare squilibri nell'assorbimento del metano negli strati superficiali, compensato però dall'attività microbica negli strati più bassi a più elevata umidità.
Anche l'anidride carbonica può influenzare le trasformazioni del metano operate da batteri. In primo luogo l'arricchimento carbonico tende ad aumentare l'umidità del suolo, favorendo una maggiore efficienza fotosintetica. Questo influisce direttamente sul la velocità di ossidazione del metano.
In secondo luogo, l'elevata disponibilità di CO2 spinge i vegetali ad assorbire più azoto, riducendone la percentuale nel terreno, con conseguente alterazione dell'ossidazione del metano. Inoltre, le piante e i batteri esposti a elevate emissioni di CO2 sono in grado di produrre grandi quantità di composti organici che arrivano al terreno tramite le rizodeposizioni e la formazione di nuova lettiera. Questo fenomeno potrebbe  alimentare la metanogenesi attraverso una maggiore disponibilità di substrato e grazie al basso potenziale redox generato dai tassi di respirazione più elevati. Alcuni di questi composti potrebbero anche influenzare direttamente i metanotrofi, a causa dei dimostrati effetti inibitori dell'etilene, di alcuni acidi organici, e dei terpeni.
 
La ricerca. Un nuovo importante studio condotto tra Svizzera e Germania, ha indagato i flussi di metano tra suolo e atmosfera in una radura esposta all'arricchimento carbonico atmosferico col metodo FACE (Free-Air Carbon Dioxide Enrichment) per 14 anni. Gli autori hanno inoltre determinato la micro-distribuzione spaziale dei metanotrofi che assimilano CH4 in condizioni di alte e basse concentrazioni di anidride carbonica, con una tecnica auto-radiografica. Queste indagini servono a rispondere alle seguenti domande:
  • le elevate concentrazioni di CO2 influenzano i flussi di metano?
  • Le elevate concentrazioni di CO2 fanno mutare la distribuzione micro-spaziale dei metanotrofi, e questo può essere relazionato alla variazione dei flussi?
  • I metanotrofi che metabolizzano il metano atmosferico sono diversi da quelli che metabolizzano quello del terreno?
Le indagini svolte indicano che elevati di CO2 non provocano effetti, se non solo marginali, sui flussi di metano nel tipo di ecosistema studiato, almeno fino a quando le differenze di umidità del suolo sono piccole o assenti, come in questo caso. La tecnica autoradiografica ha dimostrato che la distribuzione micro-spaziale dei metanotrofi non si sposta in risposta all'arricchimento di anidride carbonica, e che i responsabili dell'ossidazione del metano atmosferico e di quello del terreno sono lo stesso tipo di metanotrofi.
Questo studio aggiunge un altro tassello alla conoscenza dell'effetto dei gas serra sulla vita del pianeta.
 

Ulteriori passi avanti nella conoscenza dei gas serra, principali responsabili del cambiamento climatico

contenuto