permafrost
© Tristan CaroResearchers reawakened microbes from permafrost dating to the last ice age.
I microbi rimasti sospesi nel permafrost per un massimo di 40.000 anni potrebbero "risvegliarsi" e iniziare a produrre gas serra se le estati artiche si allungassero ulteriormente, suggerisce una nuova ricerca.

In condizioni climatiche future, i microbi rimasti dormienti dall'ultima era glaciale (da 2,6 milioni a 11.700 anni fa) potrebbero aver bisogno solo di pochi mesi per riattivarsi, secondo uno studio pubblicato il 23 settembre sul Journal of Geophysical Research: Geosciences. Se ciò accadesse anche solo per una parte dell'anno, avvertono gli scienziati, si potrebbe innescare un circolo vizioso che accelererebbe lo scioglimento del permafrost e il riscaldamento globale.

Il permafrost è un insieme di terreno, rocce e ghiaccio che è rimasto congelato per almeno due anni consecutivi. Un'ondata di caldo può scongelare lo strato più superficiale del permafrost, noto come strato attivo, ma antichi microbi si annidano molto più in profondità, in strati che si scongelano solo se le temperature aumentano significativamente e per periodi prolungati. Per il nuovo studio, i ricercatori si sono recati in Alaska, dove il permafrost si trova sotto l'85% del territorio.

"Potresti avere una sola giornata calda durante l'estate in Alaska, ma ciò che conta di più è l'allungamento della stagione estiva, con temperature miti che si estendono fino all'autunno e alla primavera", ha affermato in una dichiarazione l'autore principale dello studio Tristan Caro, ricercatore post-dottorato in geobiologia al Caltech.

Caro e i suoi colleghi hanno raccolto campioni dal Permafrost Research Tunnel vicino a Fairbanks. Il tunnel si trova a 15 metri sottoterra e si estende per oltre 107 metri nel permafrost, offrendo uno sguardo sulla vita durante il tardo Pleistocene (da 129.000 a 11.700 anni fa).

Il loro obiettivo era determinare la rianimazione e i tassi di crescita dei microbi che vivevano in quel periodo. Ma, entrando nel tunnel, Caro notò anche ossa di mammut e bisonte che sporgevano dalle pareti ghiacciate, secondo la dichiarazione.

"La prima cosa che si nota entrando è che c'è un odore davvero cattivo", ha detto Caro, che ha condotto la ricerca come studente laureato presso l'Università del Colorado a Boulder. "Per un microbiologo, è molto emozionante perché gli odori interessanti sono spesso microbici."

Tornati in laboratorio, i ricercatori hanno immerso i campioni in acqua contenente atomi di idrogeno insolitamente pesanti, noti anche come deuterio. Hanno quindi incubato i campioni in frigoriferi impostati a -4, -4 e -12 gradi Celsius e li hanno esaminati regolarmente per rilevare eventuali cambiamenti nell'attività microbica.
"We wanted to simulate what happens in an Alaskan summer, under future climate conditions where these temperatures reach deeper areas of the permafrost," Caro said.

Dopo un mese dall'inizio dell'esperimento, il team non ha notato grandi cambiamenti, nemmeno nei due campioni più caldi. Una manciata di microbi si era risvegliata dal loro lungo sonno, ma solo lo 0,001%-0,01% delle cellule veniva sostituito quotidianamente da nuove cellule attive.

Permafrost Research Tunnel in Alaska
© Tristan CaroThe Permafrost Research Tunnel in Alaska is operated and maintained by the U.S. Army Corps of Engineers.
Nei mesi successivi, tuttavia, tutto è cambiato. Il deuterio presente nei campioni ha permesso ai ricercatori di monitorare la quantità di acqua consumata dai microbi per costruire le membrane lipidiche attorno alle loro cellule. Questo ha rivelato che gli antichi organismi producevano preferenzialmente acidi grassi chiamati glicolipidi, che i ricercatori ritengono possano essere coinvolti nella crioconservazione.

Secondo lo studio, dopo sei mesi dall'inizio dell'esperimento, i microbi incubati a 3°C e 13°C avevano subito cambiamenti "drammatici" nella struttura della comunità e nei livelli di attività. I campioni erano meno diversificati rispetto agli strati attivi di permafrost, ma i microbi erano attivi quanto le loro controparti più moderne, producendo persino strutture viscide chiamate biofilm, visibili a occhio nudo.

"Questi non sono affatto campioni morti", ha affermato Caro.

Alaska permafrost land
© Brandt Meixell/USGSAbout 85% of Alaska's land is underlain by permafrost, which is thawing at alarming rates.
I risultati hanno implicazioni per l'Artico e per il clima terrestre in senso più ampio, perché i microbi nel permafrost sopravvivono grazie alla materia organica, che convertono in anidride carbonica e metano. Le temperature globali stanno aumentando più rapidamente nell'Artico che in qualsiasi altra parte del mondo, scongelando il permafrost a ritmi allarmanti e per periodi di tempo sempre più lunghi. Con l'l'allungamento delle estati artiche e l'aumento delle temperature negli strati più profondi, colonie di antichi microbi potrebbero risvegliarsi e iniziare a emettere carbonio.

Il permafrost nelle regioni settentrionali attualmente contiene circa il doppio di carbonio rispetto all'atmosfera terrestre, quindi rilasci su larga scala potrebbero contribuire in modo significativo al cambiamento climatico. Ciò accelererebbe lo scioglimento del permafrost, innescando un circolo vizioso di riscaldamento, ulteriore scioglimento e ulteriore riscaldamento.

"È una delle più grandi incognite nelle risposte climatiche", ha affermato in una nota il coautore dello studio Sebastian Kopf, professore associato di scienze geologiche presso l'Università del Colorado a Boulder. "In che modo lo scioglimento di tutto questo terreno ghiacciato, dove sappiamo che sono immagazzinate tonnellate di carbonio, influenzerà l'ecologia di queste regioni e il tasso di cambiamento climatico?"

Ma lo studio ha esaminato solo microbi antichi provenienti da una sola località, e i microbi di altre regioni potrebbero reagire in modo diverso al riscaldamento globale, hanno osservato i ricercatori.

"C'è così tanto permafrost nel mondo: in Alaska, in Siberia e in altre regioni fredde del nord", ha detto Caro. "Ne abbiamo campionato solo una piccola parte."