Sistemi acquatici anossici - IM
L’area tematica Sistemi acquatici anossici (precedentemente nota come Idrobiologia microbica) si dedica allo studio dei microrganismi negli ecosistemi acquatici privi di ossigeno. Presso il nostro istituto, il fulcro della ricerca è rappresentato dall’analisi delle comunità microbiche fototrofe, soprattutto anossigeniche, che si sviluppano nella colonna d’acqua del Lago Cadagno, un lago meromittico unico situato nelle Alpi svizzere e punto di riferimento internazionale per lo studio dei sistemi acquatici stratificati.
Il Cadagno costituisce un laboratorio naturale eccezionale: nella regione del chemoclino, dove le acque superficiali ossigenate incontrano quelle profonde anossiche ricche di solfuri, prospera una comunità complessa di batteri fototrofi anossigenici dello zolfo. Questi microrganismi formano una caratteristica fascia rosa visibile nella colonna d’acqua e svolgono un ruolo chiave nei cicli biogeochimici principali.
Grazie a un monitoraggio continuo che prosegue da oltre quarant’anni, il Lago Cadagno ha permesso di caratterizzare la composizione e la dinamica ecologica di queste comunità microbiche, evidenziando variazioni stagionali e inter-annuali. Questo lavoro a lungo termine ha portato alla scoperta di fenomeni sorprendenti, come la bioconvezione generata da Chromatium okenii, un comportamento collettivo unico tra i batteri fototrofi anossigenici.
Lo studio dei sistemi acquatici anossici del Lago Cadagno non solo approfondisce la nostra comprensione delle interazioni microbiche in ambienti acquatici stratificati, ma offre anche modelli essenziali per interpretare condizioni ecologiche estreme e processi tipici degli ecosistemi primordiali del pianeta.
Il Cadagno costituisce un laboratorio naturale eccezionale: nella regione del chemoclino, dove le acque superficiali ossigenate incontrano quelle profonde anossiche ricche di solfuri, prospera una comunità complessa di batteri fototrofi anossigenici dello zolfo. Questi microrganismi formano una caratteristica fascia rosa visibile nella colonna d’acqua e svolgono un ruolo chiave nei cicli biogeochimici principali.
Grazie a un monitoraggio continuo che prosegue da oltre quarant’anni, il Lago Cadagno ha permesso di caratterizzare la composizione e la dinamica ecologica di queste comunità microbiche, evidenziando variazioni stagionali e inter-annuali. Questo lavoro a lungo termine ha portato alla scoperta di fenomeni sorprendenti, come la bioconvezione generata da Chromatium okenii, un comportamento collettivo unico tra i batteri fototrofi anossigenici.
Lo studio dei sistemi acquatici anossici del Lago Cadagno non solo approfondisce la nostra comprensione delle interazioni microbiche in ambienti acquatici stratificati, ma offre anche modelli essenziali per interpretare condizioni ecologiche estreme e processi tipici degli ecosistemi primordiali del pianeta.
Il gruppo di Idrobiologia microbica presso del settore Ecologia microbica si occupa principalmente dei seguenti compiti:
- Il monitoraggio inter- e intra-stagionale del lago meromittico di Cadagno.
- Lo studio eco-fisiologico dei batteri anaerobici "phototrophic sulfur bacteria" del chemoclinio.
- Fornisce assistenza scientifica e didattica alla fondazione Centro Biologia Alpina (CBA) di Piora.
Ci occupiamo principalmente di monitorare e caratterizzare la dinamica ecologica della comunità di batteri fototrofi anossigenici ancestrali dello zolfo che formano una caratteristica acqua rosa nella regione del chemoclino. Inoltre, studiamo la loro fisiologia con esperimenti di microbiologia classica e molecolare sia in laboratorio che nel loro ambiente naturale. In sinergia con la fondazione Centro Biologia Alpina (CBA) di Piora, coordiniamo le attività scientifiche, divulgative e didattiche inerente ai temi di ecologia microbica.
Durante gli ultimi 40 anni si sono sviluppate ed applicate tecniche di identificazione microbica sempre più efficaci in modo da monitorare in maniera sempre più precisa l'evoluzione e la dinamica dei differenti strati della colonna d’acqua, con particolare interesse per la fascia batterica rosa del chemoclino. La dinamica delle differenti specie di "purple" (PSB) e "green" (GSB) "sulfur bacteria" viene studiata anche a livello intra-stagionale in modo da mettere in evidenza le differenti strategie evolutive.
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Nel chemoclino del Lago di Cadagno irradiazione di luce, gradienti inversi di ossigeno e solfuro favoriscono lo sviluppo di una comunità unica di primordiali batteri fototrofi anossigenici dello zolfo. Ogni singola popolazione batterica che vive in questa nicchia ecologica è sottoposta a fattori di stress fisici, chimici e biologici che hanno portato a differenti percorsi evolutivi con altrettanti differenti adattamenti fisiologi. Per esempio, durante la fotosintesi anossigenica i "Purple sulfur bacteria (PSB)" sono in grado di ossidare il solfuro (H2S) in zolfo elementare (S0) e di immagazzinarlo nelle loro cellule come globuli di riserva, cosa che non fanno i "Green sulfur bacteria (GSB)". O ancora, la capacità di movimento attivo da parte del PSB Chromatium okenii favorisce un fenomeno osservato solo nel lago di Cadagno, detto bioconvezione. Il movimento sincronizzato di milioni di Chromatium okenii induce il rimescolamento di porzioni d'acqua anche superiori ad un metro, con il risultato di rimuovere le altre specie di PSB e i GSB dalla zona ecologicamente più vantaggiosa.
Proprio grazie all'attività fotosintetica della fascia batterica rosa il Cadagno può sostenere la presenza di molti più pesci rispetto ad un comune laghetto alpino, rendendolo così molto amato anche dai pescatori.
Proprio grazie all'attività fotosintetica della fascia batterica rosa il Cadagno può sostenere la presenza di molti più pesci rispetto ad un comune laghetto alpino, rendendolo così molto amato anche dai pescatori.
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La sinergia con la fondazione Centro Biologia Alpina (CBA) di Piora favorisce la possibilità di equipaggiare i loro stabili con strumenti necessari per la ricerca scientifica all’avanguardia in ecologia microbica, promovendo un polo di ricerca scientifica internazionale. Inoltre, questo permette un alto livello nella qualità dell’insegnamento con la regolare presenza delle principali università svizzere, oltre che alcune internazionali. L’eccellenza scientifica e educative favorisce una naturale divulgazione scientifica proposta in differenti maniere ai numerosi visitatori della regione.
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Possibilità regolare di accogliere studenti universitari di bachelor e master per un progetto di tesi inerente all'ecologia microbica del lago meromittico di Cadagno.
Le conoscenze scientifiche sempre più dettagliate prodotte negli ultimi decenni raramente riescono ad essere trasmesse alla popolazione, allontanando di fatto la conoscenza scientifica dalla società. L'importanza dei risultati scaturiti delle ricerche scientifiche nell'ecosistema unico del lago meromittico di Cadagno vogliono essere condivise, promuovendo differenti attività divulgative in stratta collaborazione con la fondazione Centro di Biologia Alpina (CBA). Scopri di più sul settore del Design della scienza.