Il Lago di Cadagno.

I ricercatori della SUPSI collaborano da molti anni con il Centro Biologia Alpina di Piora e sono di casa al Lago di Cadagno. Sanno dunque molto bene quanto sia speciale, “il lago è infatti costituito da due strati distinti e sovrapposti che lo rendono un ecosistema unico ed estremamente prezioso”, spiega Mauro Tonolla, Direttore dell’Istituto microbiologia della SUPSI. Lo strato superiore riceve acque cristalline dallo scioglimento delle nevi, mentre lo strato inferiore è alimentato da sorgenti sottolacustri che lo arricchiscono di sali minerali quali zolfo, calcio, carbonato, magnesio.

“I due strati d’acqua non si mescolano”, chiarisce Raffaele Peduzzi, presidente della Fondazione Centro Biologia Alpina, “grazie alla differenza di densità determinando una stratificazione stabile del lago, anche definita come meromissi creogenica”. Nella parte superiore troviamo ossigeno, ma poche sostanze nutritive, mentre lo strato inferiore è anossico e ricco di solfuro. Fra i due strati ve n’è uno intermedio, chiamato chemoclino, caratterizzato dalla compresenza di piccole quantità di ossigeno e di solfuro. È qui che troviamo i protagonisti di questa scoperta, ovvero i solfobatteri purpurei fototrofi.

La stratificazione del Lago di Cadagno

“Per la prima volta abbiamo avuto la prova diretta che questi microrganismi, che compiono la fotosintesi anaerobica ossidando il solfuro, fissano anche l'azoto in modo molto efficiente", spiega Nicola Storelli, ricercatore dell’Istituto microbiologia della SUPSI e uno degli autori della pubblicazione su Nature Communications. Ciò significa che questi batteri sono in grado di convertire l'azoto gassoso in composti azotati che possono essere poi utilizzati anche da tutti gli altri organismi viventi. Per questa reazione essi usano l'enzima molibdeno-ferro nitrogenasi (MoFe, nif), considerato il più efficace presente in natura. La vera sorpresa è stata quella di constatare, che nonostante la bassa concentrazione di molibdeno nel Lago di Cadagno - proprio come nell'oceano Proterozoico - questo enzima è ugualmente attivo.

© Istituto Max Planck per la microbiologia marina/M. Philippi

Immagini a fluorescenza di Solfobatteri purpurei nell'acqua dolce del Lago di Cadagno (pannelli superiori, in verde e viola) e la loro attività di fissazione dell'azoto unicellulare misurata con nanoSIMS (pannelli inferiori, i colori caldi indicano un'attività elevata).

Per lungo tempo è stato ipotizzato che fossero i più evoluti cianobatteri, avendo altre forme di nitrogenasi senza molibdeno, i principali responsabili di questa attività che ha reso disponibile l'azoto alla biosfera del nostro pianeta. Ora però questa ricerca dimostra che i solfobatteri purpurei, metabolicamente più antichi dei cianobatteri, potrebbero in effetti aver contribuito in modo sostanziale alla fissazione dell'azoto negli oceani della Terra primordiale (da 2.5 miliardi a 541 milioni di anni fa).

Il Lago di Cadagno e questi batteri rappresentano dunque un sistema del tutto simile all'oceano Proterozoico e fungono da modello per saperne di più sui processi biogeochimici della Terra primordiale.

Per contatti e informazioni:

Nicola Storelli, ricercatore Istituto microbiologia SUPSI
nicola.storelli@supsi.ch
058 666 62 68

Mauro Tonolla, direttore Istituto microbiologia SUPSI
mauro.tonolla@supsi.ch
079 380 69 96

Per approfondimenti:

Pubblicazione su Nature Communications

Articolo del Max Planck Institute for Marine Microbiology

Istituto microbiologia SUPSI

Centro di riferimento nel settore della microbiologia al sud delle Alpi, si occupa di aspetti di salute pubblica, di igiene ambientale, di ecologia microbica e di microorganismi negli ambienti indoor.

Mauro Tonolla

Nicola Storelli

Centro Biologia Alpina di Piora

Promuove l'insegnamento universitario, la ricerca scientifica e la divulgazione dei risultati delle indagini svolte nella Regione. www.cadagno.ch

Raffaele Peduzzi