Le secrezioni microbiche emergono come importanti contributi al carbonio del suolo

Una ricerca riportata da nature.com ha individuato una seconda importante via microbica attraverso la quale il carbonio entra nel suolo e vi rimane. I microbi non contribuiscono soltanto attraverso i resti delle cellule morte; le sostanze che rilasciano mentre sono vive possono fornire quantità comparabili di carbonio e possono essere incorporate nel carbonio organico associato ai minerali a tassi simili o superiori.

La scoperta deriva da uno studio sui suoli agricoli di tutta la Cina, nel quale i ricercatori hanno sviluppato una tecnica di tracciamento isotopico per misurare la produzione di sostanze polimeriche extracellulari. Questi materiali vengono rilasciati all’esterno delle cellule microbiche e formano miscele che possono includere zuccheri, proteine e altri polimeri biologici. La loro consistenza viene spesso descritta come simile al muco, ma la loro importanza nello stoccaggio a lungo termine del carbonio nel suolo è stata misurata con minore chiarezza rispetto a quella dei residui delle cellule morte.

Una parte mancante del ciclo microbico del carbonio

Il carbonio organico del suolo deriva in parte dal materiale vegetale, ma i microbi contribuiscono a determinare che cosa accade a quel materiale dopo che è entrato nel terreno. Elaborano il carbonio di origine vegetale e ne convertono una parte in carbonio microbico. Questo carbonio può rimanere nel suolo, diventando parte della più ampia riserva di materia organica.

Gli scienziati hanno stabilito che i residui cellulari — ciò che resta quando le cellule microbiche muoiono — contribuiscono in modo importante a questo stoccaggio. Il nuovo lavoro affronta una questione meno studiata: quanto carbonio viene fornito dai prodotti microbici rilasciati all’esterno della cellula prima della morte?

Le sostanze polimeriche extracellulari forniscono una risposta. I microbi le producono e le rilasciano nell’ambiente circostante, dove possono interagire con le particelle e i minerali del suolo. I risultati dello studio indicano che questo processo non è un’aggiunta marginale allo stoccaggio del carbonio attraverso le cellule morte. Nei suoli esaminati, la produzione delle sostanze extracellulari era paragonabile a quella dei residui cellulari microbici.

I ricercatori hanno inoltre rilevato una relazione statistica tra l’abbondanza o la produzione di queste sostanze e il carbonio organico associato ai minerali nei diversi suoli. Questa associazione, da sola, non dimostra ogni passaggio del processo, ma indica un legame tra le secrezioni microbiche e una delle riserve di carbonio del suolo considerate importanti per la persistenza.

Tracciare il carbonio nei depositi legati ai minerali

Per quantificare la via extracellulare, i ricercatori hanno sviluppato un metodo basato su acqua contenente ossigeno-18, una forma di ossigeno che può essere tracciata attraverso i processi biologici. Hanno utilizzato questo approccio in un’indagine su scala nazionale dei suoli agricoli cinesi, rendendo possibile valutare la produzione di sostanze polimeriche extracellulari in numerosi siti anziché in un singolo campione controllato.

Lo studio ha inoltre utilizzato esperimenti di microcosmo in laboratorio nei quali il carbonio era marcato con carbonio-13. Ciò ha permesso di seguire il carbonio proveniente dalle sostanze polimeriche extracellulari e di determinare se entrasse nella riserva di carbonio organico associato ai minerali.

Questi esperimenti hanno mostrato che il carbonio proveniente dalle sostanze microbiche veniva trasferito alla riserva associata ai minerali a tassi comparabili e, in alcuni casi, superiori a quelli misurati per i residui cellulari microbici. Il risultato rafforza l’ipotesi che le secrezioni microbiche non siano semplicemente materiale temporaneo nell’ambiente del suolo. Possono diventare parte di una frazione di carbonio associata ai minerali, nella quale la materia organica è trattenuta in una forma rilevante per l’accumulo di carbonio nel suolo.

Perché la scoperta è importante

Il carbonio organico associato ai minerali è una delle principali destinazioni del carbonio nel suolo. Comprendere come il carbonio raggiunga questa riserva è importante perché il percorso determina il modo in cui i ricercatori interpretano i cambiamenti del carbonio nel suolo e valutano l’influenza delle comunità microbiche.

Il lavoro amplia il quadro dell’elaborazione microbica del carbonio. Concentrarsi soltanto sulle cellule morte farebbe trascurare il carbonio rilasciato dai microbi viventi, sebbene lo studio indichi che questo apporto extracellulare possa essere altrettanto importante. I risultati forniscono quindi un meccanismo per spiegare come le comunità microbiche influenzino il movimento e la ritenzione del carbonio nei suoli.

I risultati potrebbero inoltre contribuire a perfezionare la ricerca su come il carbonio del suolo risponda ai cambiamenti globali. Le condizioni che modificano l’attività microbica potrebbero influenzare non solo la formazione dei residui cellulari, ma anche il rilascio e il destino delle sostanze polimeriche extracellulari. Lo studio non presenta la via extracellulare come un’alternativa ai residui cellulari. Identifica invece entrambe come vie sostanziali attraverso le quali l’attività microbica può alimentare il carbonio del suolo associato ai minerali.