Fondamenta per i modelli climatici che incorporano l’evoluzione darwiniana
Il suolo immagazzina più carbonio dell’atmosfera terrestre e della biomassa vegetale messi insieme. Essendo la più grande fonte e pozzo di carbonio scambiato con l’atmosfera, è uno dei principali fattori che determinano il clima della Terra. I microbi del suolo svolgono un ruolo chiave nello scambio decomponendo la sostanza organica del suolo (SOM, soil organic matter). I microbi si adattano ed evolvono attraverso processi che includono la mutazione e la dispersione (spostamento e colonizzazione altrove, con un potenziale impatto sul flusso genico nello spazio). Gli attuali modelli globali del suolo non ne tengono conto. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie (MSCA), il progetto GLOBALECOEVO si è proposto di colmare questa lacuna, facendo luce sull’adattamento microbico ai cambiamenti nella chimica dell’humus e sul suo impatto sulle emissioni di carbonio nel suolo.
Adattamento microbico alla chimica dell’humus su microscala
La SOM è costituita principalmente da humus vegetale - materiale proveniente da piante morte caduto al suolo. Secondo Elsa Abs, borsista MSCA, che ha lavorato con il supervisore del progetto Philippe Ciais nel Laboratorio di scienze del clima e dell’ambiente ospitato dalla Università di Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines: «All’inizio del progetto, ho spostato l’attenzione dall’umidità del suolo alla chimica dell’humus, che secondo diversi studi empirici ha un impatto ancora maggiore sul decadimento microbico. Si prevede che la chimica dell’humus cambierà con i cambiamenti climatici perché, con il riscaldamento del pianeta, le specie vegetali si spostano a latitudini più elevate per cercare la temperatura a cui sono abituate».
Evoluzione dei microbi del suolo - e dei compagni
La borsa di studio MSCA ha dato ad Abs l’opportunità non solo di colmare una lacuna critica nei modelli climatici, ma anche di crescere professionalmente, aggiungendo importanti strumenti al loro pacchetto di strumenti. Avevano studiato l’evoluzione microbica in modo teorico, attraverso un modello matematico. Nell’ambito di GLOBALECOEVO, hanno sviluppato un modello numerico per fare previsioni e gestire una complessità molto maggiore. Nel mentre hanno anche imparato il linguaggio di programmazione Python utilizzando DEMENT, un modello di simulazione numerica open-source basato su agenti. Il modello di Abs è stato progettato per rispondere a due domande chiave: se i diversi processi di adattamento (cioè dispersione e mutazione) alla chimica dell’humus abbiano portato allo stesso adattamento e se l’evoluzione microbica per mutazione possa contribuire all’adattamento microbico ai cambiamenti climatici. L’obiettivo finale era quello di integrare il loro pionieristico modello numerico microbico che incorpora l’evoluzione in un modello della superficie terrestre.
Impatto dell’evoluzione microbica sui modelli globali del suolo
GLOBALECOEVO ha aggiunto con successo l’adattamento/evoluzione per dispersione e mutazione al modello DEMENT, che ora è in grado di modellare l’adattamento di una comunità microbica ai cambiamenti nella chimica dell’humus e ai conseguenti cambiamenti nella decomposizione della SOM. Ciò ha portato alla scoperta che le previsioni sul decadimento della SOM dipendono dal processo di adattamento che si verifica. «Infine, ho proposto un modo per semplificare le complesse dinamiche dell’evoluzione microbica e integrarle nei modelli della superficie terrestre. Ora sto lavorando per verificare se l’evoluzione microbica può avere un forte effetto su scala globale», spiega Abs. Abs sapeva che convincere la comunità dei modelli climatici dell’importanza dell’evoluzione microbica sarebbe stato difficile, ma il loro lavoro eccezionale ha catturato l’attenzione di tale comunità. Il loro ultimo articolo valuta il potenziale impatto dell’evoluzione microbica sulle retroazioni carbonio-clima. La ricerca di Abs ci avvicina all’integrazione di un processo biologico fondamentale - l’evoluzione darwiniana - nei modelli climatici per una maggiore precisione e possibilità di intervento.
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