La rete elettrica dei batteri marini

Uno studio danese suggerisce che i microrganismi sul fondo del mare possono instaurare una “simbiosi elettrica” e comportarsi come un super-organismo straordinariamente efficiente.

CRONACA – Un immenso super-organismo vive nei sedimenti dei fondali marini: un organismo fatto di innumerevoli batteri collegati da una vera e propria rete elettrica. Sembra fantascienza e invece no: è esattamente lo scenario che si ottiene se si estendono all’ambiente naturale i risultati ottenuti dal microbiologo Lars Pieter Nielsen in un laboratorio dell’Università di Aarhus, in Danimarca. Risultati che sono in molti, tra gli esperti del settore, a definire sorprendenti perché ci mostrano una complessità inaspettata del mondo batterico .

Punto di partenza del lavoro di Nielsen (e di alcuni suoi colleghi danesi e giapponesi) è stato un classico “mistero” di microbiologia ambientale. Come fanno a sopravvivere sui fondali i batteri aerobi, cioè quelli che respirano ossigeno? Se si trovano sulla superficie dei sedimenti, infatti, avranno libero accesso all’ossigeno presente nell’acqua, ma avranno difficoltà a reperire nutrienti, di cui gli strati superficiali dei fondali sono scarsi. Viceversa, se si trovano in profondità – e intendiamo anche a pochi centrimetri dalla superficie – avranno disponibilità di sostanze nutritive, per esempio composti a base di zolfo, ma non di ossigeno.

L’ipotesi più semplice per spiegare la proliferazione di batteri aerobi nonostante questi limiti è che  possano scambiarsi sostanze, dando vita a una simbiosi. Già, ma come? Per scoprirlo, Nielsen e colleghi hanno prelevato un campione di sedimenti e acqua dal mare del Nord, lo hanno portato in laboratorio e poi hanno osservato che cosa succedeva ai batteri presenti al variare delle condizioni ambientali. In un primo momento hanno ridotto il livello di ossigeno presente nell’acqua e poi lo hanno rialzato. Come atteso, il metabolismo dei batteri cambiava. In particolare, poiché l’ossigeno serve come accettore di elettroni nell’ambito di particolari reazioni di ossido-riduzione, i ricercatori hanno osservato un rallentamento di queste reazioni, con conseguente accumulo delle sostanze non utilizzate, quando la concentrazione di ossigeno diminuiva. Se invece l’ossigeno veniva aggiunto di nuovo le reazioni di ossido-riduzione riprendevano a funzionare.

Il problema, però, era che il tutto avveniva molto più velocemente dell’atteso e in particolare con una velocità ben superiore a quella prevista nel caso in cui l’ossigeno si fosse spostato attraverso normali vie chimico-fisiche, per esempio per diffusione. Da qui la conclusione, sostenuta anche da altri risultati, che in gioco ci sia piuttosto un trasferimento di tipo elettrico, molto più veloce. Che a muoversi, cioè, non siano i substrati delle reazioni chimiche di ossido-riduzione, come l’ossigeno, ma gli elettroni.

Come questo accada non è stato ancora chiarito. Nielsen e colleghi indicano tre possibilità: che gli elettroni vengano trasferiti, di microrganismo in microrganismo, tramite enzimi presenti sulla loro superficie esterna, che viaggino direttamente attraverso granelli di metalli conduttori presenti nei sedimenti oppure che viaggino lungo “cavi” proteici tirati da un batterio all’altro.
Al di là del meccanismo, questi batteri sembrano proprio in grado di mettere in atto un  trasferimento elettrico straordinariamente efficiente. E c’è già chi immagina di utilizzarlo come una sorta di super-batteria oceanica, per esempio per alimentare boe di monitoraggio di parametri ambientali.

Valentina Murelli
Giornalista scientifica, science writer, editor freelance

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