Nuove scoperte sulla produzione di metano in ambienti salini

Recenti aumenti nei livelli di Metano nell'atmosfera hanno sollevato preoccupazioni sul riscaldamento globale. Capire le fonti di metano è fondamentale per prevedere le tendenze climatiche future. Più della metà delle emissioni di metano proviene da microrganismi, in particolare quelli che vivono senza ossigeno. Questi microrganismi svolgono un ruolo cruciale nella degradazione della materia organica e nella produzione di biogas, soprattutto nelle zone umide e negli ambienti estremi.

La maggior parte dei materiali organici, come carboidrati e grassi, non può essere utilizzata direttamente da questi microrganismi. Devono essere prima scomposti da altri microrganismi per creare sostanze utilizzabili come idrogeno, diossido di carbonio o acetato. Ci sono quattro processi riconosciuti tramite i quali questi microrganismi possono produrre metano: usando idrogeno e diossido di carbonio, scomponendo acetato, usando composti a carbonio singolo, o riducendo composti a carbonio singolo con idrogeno o formiato.

In condizioni estremamente saline, come quelle trovate in alcune aree di produzione di sale in Messico, la produzione di metano è influenzata dal potenziale redox e dai livelli elevati di Solfato. I batteri riduttori di solfato tendono a superare i microrganismi produttori di metano quando certi substrati sono disponibili. Tuttavia, in presenza di altri composti specifici, il metano può ancora essere prodotto.

Studi precedenti hanno esaminato i tipi e le quantità di microrganismi produttori di metano in questi ambienti salini. Uno studio recente ha trovato nuovi gruppi di produttori di metano che potrebbero avere vie aggiuntive per la produzione di metano, suggerendo che la produzione totale di metano potrebbe essere sottostimata.

L'obiettivo di questo studio era capire come l'aggiunta di certi substrati influisce sulla crescita di microrganismi produttori di metano meno conosciuti e osservare i cambiamenti in queste comunità in diverse condizioni.

#Materiali e Metodi

#Sito di campionamento e misurazioni sul campo

Ad aprile 2022, sono stati raccolti campioni di tappetini microbici da due stagni di evaporazione del sale in Messico. Le condizioni dell'acqua sopra i tappetini, come salinità, temperatura e pH, sono state registrate usando attrezzature portatili.

#Preparazione dei campioni per l'analisi in laboratorio

I campioni raccolti sono stati conservati in salamoia di stagno e trasportati in laboratorio su ghiaccio. Piccole carote sono state prelevate da questi tappetini e conservate per l'analisi molecolare. Alcuni campioni sono stati mantenuti in un tipo di salamoia artificiale per esperimenti di microcosmo.

#Esperimenti di microcosmo

Per studiare come diversi substrati influenzano la comunità microbica, i ricercatori hanno organizzato tre tipi di esperimenti con varie miscele di gas. Hanno incluso anche esperimenti di controllo senza substrati aggiunti. I campioni sono stati incubati in contenitori sigillati per mantenere l'atmosfera gassosa desiderata.

#Estrazione del DNA

Dopo 85 giorni di incubazione, il DNA è stato estratto dai campioni. Il processo di estrazione è stato gestito con attenzione per evitare contaminazioni. La qualità e la quantità del DNA sono state valutate per ulteriori analisi.

#Sequenziamento e analisi

I campioni di DNA sono stati sottoposti a un processo per amplificare il gene mcrA, importante per capire come questi microrganismi producono metano. I campioni sono stati preparati per il sequenziamento, e i dati generati sono stati analizzati per la qualità.

#Risultati

#Diversità dei microrganismi produttori di metano

Sono state ottenute oltre 500.000 sequenze di DNA grezzo. Dopo il filtraggio, sono state mantenute più di 270.000 sequenze di alta qualità per l'analisi. Lo studio ha trovato differenze significative nella diversità microbica tra i due siti di campionamento, indicando una maggiore varietà di produttori di metano in una delle località.

#Struttura e composizione della comunità

Le differenze nella struttura della comunità sono state visualizzate usando un metodo che aiuta a rappresentare le relazioni tra i campioni. I risultati hanno mostrato che i campioni originali avevano comunità distinte rispetto a quelle che hanno subito arricchimento di substrati. Alcuni trattamenti hanno dimostrato somiglianze, mentre altri hanno mostrato maggiore variabilità.

#Profili tassonomici

A livello di ordine, i ricercatori hanno identificato diversi gruppi di microrganismi produttori di metano nei campioni. Un sito aveva una maggiore varietà di gruppi rispetto all'altro. I gruppi più rappresentati erano quelli noti per utilizzare composti metilati, evidenziando l'importanza di questo processo metabolico negli ambienti studiati.

#Filogenesi di microrganismi non assegnati

Un certo numero di sequenze non poteva essere classificato in gruppi noti, suggerendo la presenza di produttori di metano precedentemente non identificati. L'analisi filogenetica ha indicato una gamma di diversità microbica che potrebbe svolgere ruoli importanti nell'ecosistema.

#Discussione

#Comprendere la produzione di metano

Questo studio conferma i risultati precedenti che il metilotrofismo è un processo principale per la produzione di metano in questi ambienti. Due gruppi specifici di microrganismi sono attori cruciali in questo processo. La maggiore diversità trovata in un campione potrebbe essere dovuta alle sue condizioni ambientali uniche o alla disponibilità di certi substrati.

#L'impatto degli esperimenti di microcosmo

Gli esperimenti di microcosmo hanno mostrato che l'aggiunta di substrati ha cambiato la composizione delle comunità produttrici di metano. Questi cambiamenti suggeriscono che le condizioni di crescita e la disponibilità di substrati influenzano fortemente quali microrganismi prosperano.

#Coesistenza con batteri riduttori di solfato

La presenza di alti livelli di solfato può rendere difficile per i microrganismi produttori di metano competere. Tuttavia, questo studio dimostra che la produzione di metano può coesistere con la riduzione del solfato in condizioni specifiche, evidenziando le complesse interazioni in questi ecosistemi.

#Scoprire metanogeni a bassa abbondanza

La scoperta di produttori di metano a bassa abbondanza, precedentemente non classificati, sottolinea la necessità di ulteriori ricerche. Questi microrganismi potrebbero contenere chiavi per comprendere la dinamica del metano in ambienti ipersalini.

#Conclusione

I risultati di questo studio forniscono nuove intuizioni sulla diversità e il ruolo dei microrganismi produttori di metano in ambienti ipersalini. Comprendere queste comunità può aiutare a prevedere le emissioni di metano e il loro impatto sul cambiamento climatico. È essenziale ulteriori indagini sui percorsi metabolici e sui ruoli ecologici di questi microrganismi per avere una comprensione completa delle loro funzioni nell'ecosistema.