I segreti microbici dell'oceano: come le zone anossiche controllano le emissioni del potente gas serra N₂O

Nelle profondità oceaniche, in quelle aree vaste e misteriose caratterizzate da una quasi totale assenza di ossigeno – note come zone a minimo di ossigeno o zone anossiche – si svolge un intricato e vitale processo biochimico, di cruciale importanza per il mantenimento dell'equilibrio climatico terrestre. Una ricerca pionieristica condotta da un team di scienziati guidato da Xin Sun, affiliata all'Università della Pennsylvania, ha portato alla luce il meccanismo attraverso cui i microrganismi marini, prosperando in queste specifiche condizioni anaerobiche, convertono attivamente i nutrienti disponibili in protossido di azoto (N₂O). È fondamentale ricordare che questo gas non è un agente serra qualsiasi: è estremamente potente, capace di trattenere una quantità di calore nell'atmosfera circa 300 volte superiore rispetto all'anidride carbonica (CO₂), e contribuisce inoltre in modo significativo al processo di deterioramento dello strato protettivo di ozono.

I risultati dettagliati di un'osservazione sul campo durata sei settimane, condotta specificamente nelle acque del Pacifico Tropicale Nord Orientale e successivamente pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature Communications nel 2025, hanno segnato un punto di svolta. Tali scoperte hanno infatti spostato il focus scientifico dalle reazioni puramente chimiche alla complessa dinamica delle comunità microbiche. Gli studiosi hanno stabilito in modo inequivocabile che la competizione per le risorse tra i diversi gruppi di microbi, piuttosto che i soli fattori chimici ambientali, costituisce la principale forza motrice che regola la generazione di N₂O. Ciò implica che anche le più piccole e apparentemente insignificanti fluttuazioni nella disponibilità di ossigeno o di sostanze nutritive possono innescare improvvise e marcate impennate nel rilascio atmosferico di questo pericoloso gas serra.

Per rendere più comprensibile la complessità di questi percorsi metabolici, Xin Sun ha utilizzato un'analogia efficace, paragonando il processo a due diversi tipi di attività commerciali alimentari. Il percorso di riduzione dei nitrati (Nitrate Reduction Pathway) è stato descritto come una panetteria ben fornita e a pieno regime, che opera con la massima efficienza quando i nitrati, la sua materia prima principale, sono abbondanti. Al contrario, il percorso di riduzione dei nitriti (Nitrite Reduction Pathway) è stato paragonato a un negozio specializzato: la sua operatività e la sua produzione dipendono interamente dalla quantità di nitriti, che sono meno diffusi nell'ambiente marino, che "passano" casualmente. Questa distinzione sottolinea chiaramente la dipendenza diretta dell'emissione di N₂O dalla disponibilità immediata e dalla concentrazione dei suoi componenti iniziali.

L'indagine ha inoltre rivelato che l'aumento dei livelli di ossigeno non agisce semplicemente come un interruttore che "spegne" la produzione di N₂O. Piuttosto, l'arricchimento di ossigeno nell'ambiente marino provoca una rapida e significativa sostituzione delle popolazioni microbiche dominanti, le quali assumono il controllo del processo di generazione del gas. Come ha precisato la dottoressa Sun, la presenza di ossigeno modifica radicalmente chi si trova a tenere il "timone" della produzione. Sorprendentemente, è stato osservato che l'aggiunta di un eccesso di nutrienti nel sistema ha avuto l'effetto opposto, sopprimendo quasi totalmente il rilascio del gas, in quanto ha estromesso o messo in crisi i principali microbi produttori di N₂O. Questo sofisticato e sottile "balletto" ecologico e microbico rappresenta la chiave per la modulazione e la regolazione delle emissioni di protossido di azoto.

La piena comprensione di queste intricate interazioni biologiche e chimiche riveste un'importanza fondamentale per la costruzione e l'affidabilità dei modelli climatici globali. Il protossido di azoto, che ha una vita atmosferica notevolmente lunga, persistendo fino a 114 anni, è classificato come uno dei tre principali gas serra di origine antropogenica. La sua concentrazione atmosferica ha già registrato un incremento del 22% rispetto ai livelli registrati nell'era preindustriale. L'espansione progressiva delle zone anossiche negli oceani, un fenomeno in parte causato dall'interazione complessa tra le correnti marine e l'attività batterica, non solo costituisce una grave minaccia per la biodiversità degli ecosistemi marini, ma diminuisce anche la capacità complessiva dell'oceano di agire come pozzo di assorbimento per la CO₂, aggravando così il fenomeno del riscaldamento globale. L'integrazione di queste nuove dinamiche microbiche nei futuri modelli climatici permetterà di prevedere con maggiore accuratezza e dettaglio come le attività umane stiano influenzando anche gli angoli più remoti e inesplorati del nostro pianeta.