Virus marini e cambiamento climatico

Il cambiamento climatico globale è determinato dall’aumento nell’atmosfera di gas serra. Il soggetto contro cui si punta il dito è spesso l’uomo, ma è davvero l’unico responsabile del global warming?

I virus

I virus sono organismi ubiquitari sul pianeta terra. Sono parassiti endocellulari obbligati, ciò significa che, per potersi replicare, devono usufruire dell’apparato biosintetico di un altro organismo. Sono costituiti da un capside proteico all’interno del quale è contenuto l’acido nucleico, che può essere DNA o RNA, sia a singolo che a doppio filamento. Alcuni posseggono un rivestimento esterno chiamato pericapside, costituito da una doppia membrana lipidica all’interno della quale si trovano numerose glicoproteine.

I virus possono infettare qualsiasi organismo vivente, le piante, gli animali, ma anche microorganismi. Batteriofago è il nome che assume il virus che infetta i batteri. Questo tipo di virus ha due tipi di cicli vitali; ciclo litico e ciclo lisogeno, il fine ultimo di entrambi è la moltiplicazione ed il rilascio di virus nell’ambiente in seguito alla lisi cellulare.

Viral shunt

I virus sono importantissimi e svolgono un ruolo fondamentale in uno dei percorsi alla base della rete trofica marina; il viral shunt. Infettando una qualsiasi cellula, che sia eucariotica o procariotica, ne causano la rottura e tutto il materiale contenuto nel citosol finisce tra il materiale disciolto marino (DOM). Questo torna ad essere il nutrimento degli organismi unicellulari e non passa agli organismi presenti nei livelli superiori della rete trofica. Il viral shunt è decisivo per il ricircolo di materiale organico ed inorganico tra i vari organismi e compartimenti marini.

Schema del ruolo del viral shunt nella rete trofica degli oceani.

Una funzione ancora più importante svolta dai virus è quella di controllare la numerosità delle popolazioni algali e microbiche marine. Quando una comunità unicellulare diventa troppo numerosa sarà più soggetta alle infezioni virali e quindi a decrescerà in numero. Secondo alcune stime, dal 20% al 40% dei procarioti è rimosso dalle acque superficiali a causa dei virus.

Distribuzione nell’ambiente marino

L’abbondanza virale varia dai 107 ai 1010 L-1, e 107 a 1010 g-1 in peso secco nei sedimenti marini.
C’è una quantità stimata di 1030 virus nell’oceano ed ogni secondo avvengono 1023 infezioni.
Esistono grandi differenze nelle abbondanze virali tra i vari compartimenti ambientali. Questi sono maggiormente presenti nelle acque costiere e a bassa salinità, mentre in mare aperto l’abbondanza può essere più bassa di tre ordini di magnitudo. Caratteristiche fisiche e chimiche delle acque superficiali, come ad esempio temperatura, salinità, pH e illuminazione, influenzano la distribuzione degli organismi planctonici e conseguentemente anche quella dei virus.

Cambiamento climatico ed effetto serra

Il cambiamento climatico consiste in un innalzamento significativo della temperatura terrestre in un lasso di tempo relativamente breve. Nel corso della storia della Terra il clima ha subito diverse variazioni, ma, negli ultimi decenni la temperatura ha subito un incremento che non vede precedenti e le stime per il futuro non sembrano prevedere l’arresto di questo innalzamento. La IPCC (United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change) ha affermato che è estremamente probabile che l’attività dell’uomo sia causa dell’innalzamento di tali temperature.

C’è da chiarire un aspetto fondamentale; l’effetto serra non è un fenomeno nato negli anni recenti, né tantomeno dannoso per le forme viventi, anzi, è ciò che ha permesso la nascita e lo sviluppo della vita sul pianeta Terra, mantenendo la temperatura a valori ottimali. Basti pensare che senza effetto serra la temperatura media della terra sarebbe -18°C. L’effetto serra nasce dal fatto che l’atmosfera sia composta da gas, alcuni dei quali denominati gas serra, e sono vapore acqueo (H2O), ossigeno (O2), anidride carbonica (CO2), metano (CH4) ed ossido di azoto (N2O).

I gas serra sono trasparenti alla radiazione solare che giunge fino alla terra dallo spazio, ma fanno schermo alle radiazioni riemesse dalla superficie verso l’esterno. Ciò porta ad un aumento della temperatura terrestre rispetto a quello che dovrebbe essere il valore che avrebbe se non ci fosse l’effetto serra.

Con l’aumento dei gas serra, vi è anche un diretto aumento delle radiazioni riflesse sulla superficie terrestre a cui succede un innalzamento delle temperature. Dall’inizio della rivoluzione industriale del ventesimo secolo è stato immesso nell’atmosfera il 30% in più di CO2 ed il quantitativo di metano è più che duplicato. Alcuni scienziati hanno predetto che l’aumento di gas serra nell’atmosfera potrebbe portare ad un incremento da 0.3°C a 4.8°C.

Potenziale impatto dei virus sul cambiamento climatico

L’oceano contribuisce per circa il 30% allo zolfo presente nell’atmosfera terrestre. Il DMSP (dimetilsulfoproprionato) è distribuito ubiquitariamente in vari phyla di alghe unicellulari (fitoplancton) e la sua presenza è stata dimostrata anche in alcuni batteri marini. Il DMSP è stato riconosciuto come il principale precursore del DMS (Dimetil solfuro). All’interno delle cellule algali è presente un enzima (DMSP Liasi) responsabile della scissione del DMSP in dimetil solfuro e acido acrilico.

Il dimetil solfuro può essere naturalmente rilasciato nell’ambiente dalla cellula in piccole quantità, oppure finire nell’ambiente in seguito a morte cellulare. Questo composto non è prodotto solo dalle microalghe, ma anche immesso nell’atmosfera dall’uomo e dalle eruzioni vulcaniche.

Le cellule fitoplanctoniche quando sono infettate dai virus vanno incontro a lisi. Il materiale citosolico viene rilasciato nell’ambiente marino e con esso il dimetil solfuro. Questo, una volta nell’atmosfera, viene rapidamente ossidato a formare acido metansolfonico ed anidride solforosa. Questi prodotti possono essere convertiti in particelle di ione solfato aerosoliche, che fungono da nuclei per la condensazione di vapore acqueo, ciò porta alla formazione di un maggior numero di nuvole che contribuiscono alla riflessione della radiazione proveniente dalla superficie terrestre verso lo spazio.

Il contenuto cellulare è rilasciato nell’ambiente, non solo a causa di una infezione virale, ma anche in seguito ad un processo noto come sloppy feeding. Questo avviene quando un predatore (ad esempio un copepode) morde un organismo unicellulare (fitoplancton) parte del citoplasma della preda non viene ingerito dall’animale, ma viene disperso nell’ambiente circostante. Maggiore sarà la quantità di DMS rilasciato nell’ambiente

Referenze

  1. Evans, C., Kadner, S. V., Darroch, L. J., Wilson, W. H., Liss, P. S., & Malin, G. (2007). The relative significance of viral lysis and microzooplankton grazing as pathways of dimethylsulfoniopropionate (DMSP) cleavage: an Emiliania huxleyi culture study. Limnology and Oceanography, 52(3), 1036-1045.
  2. Suttle, C. A. (2007). Marine viruses—major players in the global ecosystem. Nature Reviews Microbiology, 5(10), 801-812.
  3. Encyclopaedia Britannica-Greenhouse effects
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