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Calore riduce la crescita dell’erba marina
Il calore riduce la crescita dell’erba marina agendo indirettamente attraverso le comunità microbiche presenti nei sedimenti, evidenzia lo studio condotto nel lago Macquarie, in Australia. Lo studio scientifico ha dimostrato come l’aumento delle temperature alteri i batteri del fondo, limitando lo sviluppo della Zostera muelleri. I dati raccolti rivelano un meccanismo specifico per cui il riscaldamento degli oceani minaccia gli ecosistemi costieri.
Indice
Il riscaldamento degli oceani riduce la crescita dell'erba marina Zostera muelleri alterando le comunità microbiche nei sedimenti. Un esperimento nel lago Macquarie ha mostrato una diminuzione del 34% nella biomassa delle piante provenienti da siti caldi coltivate in sedimenti caldi intatti.
I batteri riduttori di solfato come i Desulfocapsaceae si arricchiscono nei sedimenti intatti, producendo solfuro di idrogeno fitotossico. La sterilizzazione dei sedimenti migliora la crescita vegetale favorendo batteri ossidanti lo zolfo e diazotrofi. La conservazione dell'erba marina richiede strategie che gestiscano attivamente i microbiomi dei sedimenti oltre alla selezione di genotipi tolleranti al calore.
Effetti diretti sulla biomassa vegetale
Le piante di Zostera muelleri provenienti da siti riscaldati hanno mostrato una biomassa fuori terra inferiore del 34% quando coltivate in sedimenti caldi intatti rispetto a sedimenti caldi sterilizzati. Le piante originarie di ambienti freschi hanno registrato una riduzione del 20% nella biomassa se trapiantate in sedimenti caldi intatti invece che in quelli freschi.
La diminuzione della massa vegetale deriva da un numero minore di foglie e da una ridotta crescita dei germogli clonali nei sedimenti non trattati. La lunghezza e la larghezza delle singole foglie non hanno subito variazioni significative tra i diversi trattamenti sperimentali.
Composizione batterica nella rizosfera
L’interruzione delle comunità microbiche nei sedimenti ha ridotto la ricchezza batterica nella rizosfera del 23%. La diversità batterica è risultata superiore nelle piante fresche coltivate in sedimenti freschi rispetto a quelle in sedimenti caldi, limitatamente ai casi con microbiomi intatti.
I sedimenti sterilizzati hanno favorito una diversità batterica nella rizosfera superiore del 7,9% per le piante con radici intatte rispetto a quelle con radici trattate. L’ordine batterico dei Bacteroidales e dei Peptostreptococcales ha mostrato abbondanze relative maggiori nella rizosfera delle piante cresciute in sedimenti sterilizzati. Al contrario, i Desulfobulbales, i Desulfobacterales e i Rhizobiales sono risultati più prevalenti nella rizosfera delle piante in sedimenti intatti.
Le analisi hanno identificato 302 varianti di sequenza dell’amplicon (ASV) appartenenti a 95 famiglie con differenze significative tra sedimenti intatti e sterilizzati nel trattamento fresco-fresco. Il trattamento caldo-fresco ha evidenziato 365 ASV di 103 famiglie, mentre il trattamento caldo-caldo ne ha presentati 434 appartenenti a 108 famiglie.
La famiglia Desulfocapsaceae e la famiglia Woeseiaceae si sono arricchite costantemente nei sedimenti intatti attraverso tutte le combinazioni di origine. La famiglia Desulfovibrionaceae ha mostrato un modello opposto, risultando più abbondante nei sedimenti sterilizzati. Le famiglie Sulfurimonadaceae e Thiomicrospirales si sono arricchite nei sedimenti sterilizzati esclusivamente nel trattamento caldo-caldo.
Dinamiche nei sedimenti sfusi
La ricchezza batterica nei sedimenti sfusi sterilizzati è diminuita del 28,2% rispetto ai sedimenti intatti. La diversità batterica nei sedimenti freschi con piante fresche è risultata superiore del 29,7% nei sedimenti intatti rispetto a quelli sterilizzati.
I sedimenti caldi con piante calde hanno mostrato una diversità batterica superiore del 22,4% nei campioni intatti rispetto a quelli sterilizzati. Il trattamento dei sedimenti ha spiegato il 42% della variazione nella struttura delle comunità batteriche dei sedimenti sfusi e il 39% nella composizione.
Gli ordini batterici dominanti nei sedimenti sfusi includevano Bacteroidales, Peptostreptococcales, Desulfobacterales, Rhodobacterales e Pseudomonales. I Bacteroidales e i Peptostreptococcales erano più diffusi nei sedimenti sterilizzati, mentre i Desulfobacterales prevalevano nei sedimenti intatti. I Thiomicrospirales sono comparsi esclusivamente nei sedimenti caldi sterilizzati. I Woeseiales erano più diffusi nei sedimenti intatti. I Clostridiales risultavano più abbondanti nei sedimenti freschi sterilizzati.
Meccanismi tossici e benefici microbici
I batteri della famiglia Desulfocapsaceae, potenziali riduttori di solfato, si sono arricchiti nella rizosfera delle piante in sedimenti intatti in tutti i trattamenti. Questi microrganismi generano solfuro di idrogeno, una sostanza fitotossica potente. I sedimenti caldi contengono maggiori quantità di materia organica e tassi metabolici microbici più elevati, condizioni che favoriscono la riduzione del solfato e aumentano lo stress da solfuro sulle radici. Le piante di origine calda sono cresciute male nei sedimenti caldi intatti a causa dell’accumulo di solfuro, mentre hanno mostrato miglioramenti quando il microbioma dei sedimenti è stato interrotto.
La rizosfera delle piante in sedimenti caldi intatti ha sostenuto anche i Woeseiaceae, batteri potenzialmente ossidanti lo zolfo capaci di disintossicare il solfuro. L’arricchimento di questi batteri non ha impedito la riduzione della biomassa nelle piante di origine calda, indicando che la produzione di solfuro ha superato la capacità di disintossicazione.
I Thiomicrospiraceae e i Sulfurimonadaceae, entrambi potenziali ossidatori di solfuro, si sono arricchiti nella rizosfera delle piante di origine calda esclusivamente nei sedimenti caldi sterilizzati. Questi taxa possono aver ridotto lo stress da solfuro, permettendo alle piante di origine calda di performare meglio nei sedimenti sterilizzati.
La famiglia Desulfovibrionaceae, un altro gruppo di potenziali riduttori di solfato, si è arricchita nella rizosfera delle piante in sedimenti sterilizzati. Molti membri di questo gruppo sono diazotrofi, capaci di fissare l’azoto atmosferico. I batteri riduttori di solfato diazotrofi formano associazioni mutualistiche con le radici dell’erba marina, fornendo azoto fisso in cambio di carbonio organico disciolto. Il loro arricchimento nei sedimenti sterilizzati riflette uno spostamento verso comunità microbiche che supportano le prestazioni dell’erba marina.
Strategie per il ripristino costiero
Lo studio conferma che il calore riduce la crescita dell’erba marina condizionando la sopravvivenza vegetale attraverso i microbi dei sedimenti. I microbi dei sedimenti sfusi possono avere effetti negativi sulla crescita dell’erba marina sotto condizioni di riscaldamento, mentre i microbi della rizosfera possono sostenere la crescita vegetale. Le eredità microbiche negative nei sedimenti svolgono un ruolo chiave nel modellare le risposte delle piante alle mutevoli condizioni ambientali.
I programmi di gestione volti a ripristinare le popolazioni di erba marina dovranno incorporare la gestione delle comunità microbiche dei sedimenti prima del trapianto. La selezione di genotipi tolleranti al calore non basta se i sedimenti ospitano comunità microbiche dannose. La manipolazione delle condizioni microbiche dei sedimenti potrebbe fornire i maggiori guadagni nella resilienza delle piante e nel successo del ripristino in un clima di riscaldamento. Futuri esperimenti dovranno tracciare le prestazioni delle piante, le comunità microbiche sotterranee e la biogeochimica dei sedimenti nel tempo per confermare queste traiettorie.
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