Ottimizzare la cattura del carbonio con i cianobatteri: la ricerca che arriva dall'isola di Vulcano 

I cianobatteri sono microscopici batteri fotosintetici che hanno plasmato silenziosamente il nostro pianeta per miliardi di anni, perché responsabili della produzione dell'ossigeno che respiriamo. Questi minuscoli organismi , che svolgono un ruolo critico nel ciclo globale del carbonio, stanno salendo alla ribalta per un nobile motivo: il loro potenziale nella cattura del carbonio e nel combattere il cambiamento climatico.

Un team di ricerca ha recentemente scoperto due nuovi ceppi di cianobatteri, UTEX 3221 e UTEX 3222, che prosperano in un'infiltrazione vulcanica marina al largo della costa di Vulcano, nelle isole Eolie. Sebbene i cianobatteri siano presenti ovunque ci siano acqua e luce - da tranquilli stagni d'acqua dolce ad ambienti estremi come le sorgenti calde di Yellowstone – i livelli naturalmente elevati di CO₂ e l'alto grado di acidità dell'acqua rendono l'habitat vulcanico unico. Per i ceppi appena identificati, l'ambiente geochimico delle infiltrazioni vulcaniche marine ha portato all'evoluzione di caratteristiche peculiari, che potrebbero rendere i cianobatteri preziosi per la cattura del carbonio.

L'habitat della Baia di Levante

La Baia di Levante, sull'isola di Vulcano, è un luogo magico in cui geologia e biologia si incontrano. Si tratta di un'area marina poco profonda, punteggiata da sorgenti vulcaniche che rilasciano continuamente CO₂ nell'acqua, creando un ambiente ricco di anidride carbonica e mantenendo un pH acido (basso). A differenza delle bocche oceaniche più profonde, dove la luce solare non può penetrare, le acque basse della Baia di Levante forniscono l'ingrediente chiave per la fotosintesi: la luce. Per la maggior parte degli organismi, gestire le sorgenti vulcaniche rappresenta una sfida non indifferente. Ma per i microrganismi fotosintetici, queste particolari condizioni ambientali offrono un mix esplosivo e propedeutico: CO₂, luce solare e acqua.  

Alla ricerca di nuove specie fotosintetiche, i ricercatori hanno prelevato campioni dalle sorgenti della Baia di Levante e hanno identificato due nuovi ceppi di cianobatteri, UTEX 3221 e UTEX 3222. Tra questi, UTEX 3222 si è subito distinto per una combinazione di caratteristiche che lo rendono particolarmente promettente per la ricerca e le applicazioni industriali.

Per cominciare, UTEX 3222 vanta un tempo di replicazione di appena 2,35 ore, che lo rende uno dei cianobatteri a crescita più rapida tra quelli studiati finora. Nelle colture di laboratorio produce oltre 31 grammi di biomassa secca per litro, quasi il doppio della resa di alcuni dei ceppi modello attualmente utilizzati nelle biotecnologie. Prospera in condizioni diverse, tollerando alta salinità, livelli di pH variabili e temperature elevate, pur mantenendo una crescita robusta.

Esiste una manciata di ceppi comuni da laboratorio che i ricercatori utilizzano per studiare la fotosintesi cianobatterica in situ. In confronto, UTEX 3222 è molto più grande del comune ceppo da laboratorio, Synechococcus elongatus. Inoltre, le cellule di UTEX 3222 sono notevolmente più grandi e formano colonie più dense. Il ceppo contiene anche una quantità significativamente maggiore di carbonio, immagazzinato in granuli bianchi visibili all'interno delle sue cellule. Infine, i ricercatori hanno scoperto che il ceppo è notevolmente più pesante di S. elongatus: quando è stato messo in provetta, UTEX 3222 è affondato rapidamente, guadagnandosi il soprannome “Chonkus” (un termine colloquiale inglese con cui ci si riferisce a un animale un po’ paffuto) per il suo fenotipo particolarmente denso.

Carbonio e ambiente: trovare il giusto equilibrio tra utilità e preservazione

I cianobatteri sono da tempo riconosciuti per la loro versatilità nelle applicazioni industriali, perché convertono luce solare anidride carbonica in biomassa. Per questo motivo sono spesso utilizzati per sintetizzare materiali in modo più sostenibile. Il loro utilizzo abbraccia un'ampia gamma di settori, dalla produzione di biocarburanti e bioplastiche alla sintesi di composti preziosi come vitamine, pigmenti e farmaci. Negli ultimi anni hanno attirato attenzione anche per il loro potenziale nelle tecnologie di cattura del carbonio, dato che la loro rapida crescita e l'elevata efficienza fotosintetica possono svolgere un ruolo fondamentale nella riduzione dei livelli di CO₂ nell'atmosfera.

Nei processi industriali la raccolta della biomassa è spesso una delle fasi più costose e ad alto dispiego di risorse. I metodi tradizionali fanno affidamento su flocculanti chimici o complessi sistemi di filtrazione per separare le cellule dal loro terreno di coltura. Il Chonkus, invece, si deposita naturalmente sul fondo di un contenitore in poche ore, formando un pellet denso. Una caratteristica potrebbe ridurre drasticamente tempi, energia e costi nella raccolta della biomassa.

Oltre all'industria, i cianobatteri possono essere estremamente utili nella cattura del carbonio. Negli ecosistemi naturali, i cianobatteri e altri organismi fotosintetici svolgono un ruolo fondamentale nel ciclo del carbonio, catturando CO₂ dall'atmosfera e convertendola in biomassa. Tuttavia, gran parte di questo carbonio viene riciclato nell'ambiente quando questi organismi muoiono e si decompongono. Il rapido comportamento di sedimentazione del ceppo UTEX 3222 potrebbe cambiare questa dinamica. Affondando negli strati oceanici più profondi, la sua biomassa gli permette di trasportare il carbonio in regioni dove può rimanere immagazzinato per secoli.

Ma questa pratica potrebbe generare tutt'altro tipo di problema. Il carbonio che affonda non svanisce semplicemente, ma interagisce con il fondo dell'oceano, un ambiente che ricicla attivamente altri elementi come azoto, fosforo e zolfo. L'introduzione di grandi quantità di biomassa cianobatterica in questi ecosistemi potrebbe spostare gli equilibri dei nutrienti e alterare le comunità microbiche. Se da un lato questa pratica presenta interessanti possibilità per la cattura del carbonio, dall'altro evidenzia la necessità di un attento studio degli impatti a lungo termine sui cicli dei nutrienti oceanici, sulla geochimica e sulla biodiversità marina.

L'oceano già si occupa di catturare il carbonio secondo un meccanismo noto come “pompa biologica del carbonio” (BCP), che contribuisce a trasportare la CO2 dalle acque superficiali verso le profondità marine lontano dal contatto con l'atmosfera. Migliorare questo processo con organismi come Chonkus potrebbe offrire uno strumento scalabile per mitigare i cambiamenti climatici, aumentando il volume di carbonio immagazzinato negli strati profondi dell'oceano. Mentre approfondiamo questa possibilità, è altrettanto importante capire come questi interventi potrebbero influenzare il ciclo dei nutrienti e la biodiversità dei fondali marini. Bilanciare la promessa della gestione del carbonio con le sue implicazioni ecologiche sarà fondamentale per poter sfruttare i batteri fotosintetici nel rendere più green il nostro pianeta.

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