Effect of climatic parameters on microbial communities

Il progetto prevedeva lo sviluppo di sistemi di trasmissione satellitare dei dati climatici relativi ad aria, suolo e roccia, al fine di indagare il loro effetto sulla diversità delle comunità microbiche antartiche e comprenderne la vitalità e la funzionalità in condizioni ambientali stressanti. Le caratteristiche lito-strutturali delle rocce e la tessitura del suolo saranno anch’esse valutate per comprenderne il ruolo sulla diversità delle comunità.

Le comunità microbiche dei suoli e delle rocce antartiche sono estremamente semplici. Tale relativa semplicità e l’assenza di variabili ambientali di origine antropica ne fanno un modello di studio prezioso. Monitorare e quindi conoscere a fondo i parametri ambientali che possono condizionare la loro diversità e funzionalità, aiuta nella comprensione del loro funzionamento e delle possibili risposte alle variazioni ambientali, e non ultimo di traslare tali conoscenze nella comprensione di sistemi più complessi che caratterizzano le altre latitudini.

Di fronte ai cambiamenti ambientali in atto, i dati climatici registrati e le analisi sulle comunità potranno fornire prove sulla capacità o meno di resilienza di tali comunità.

Obiettivi specifici del progetto, in parte già raggiunti, sono:

• la definizione ed acquisizione della sensoristica più idonea, compatibile con le condizioni dell’Antartide e la tipologia di dati da monitorare
• lo studio e sviluppo del sistema di trasmissione satellitare e l’acquisto del sistema di acquisizione dati (datalogger)
• l‘installazione delle stazioni in quattro siti individuati
• l’analisi della diversità delle comunità microbiche delle rocce e dei suoli nei siti ove le stazioni sono state installate
• la comprensione dei fenomeni biologici analizzati e la correlazione con i fattori abiotici considerati

il monitoraggio dei parametri climatici e delle comunità microbiche nel tempo.

La definizione dei sensori più appropriati e della tipologia di stazioni da installare è risultata più complessa di quanto originariamente previsto. Un primo prototipo è stato installato a Trio Nunatak. Provvisto di sensori e un datalogger Hobo e di un sistema di trasmissione dei dati attraverso la costellazione IRIDIUM ed il service provider Wireless Innovation, il prototipo ha subito mostrato problemi di trasmissione che hanno comportato sopralluoghi, sostituzione di elementi, coinvolgimento del fornitore della strumentazione.

Durante la XXXV campagna antartica sono state installate 4 stazioni microclimatiche, allestite con sensori di aria/suolo/roccia, presso Trio Nunatak, Mount Bowen, Richard Nunatak e Battleship Promontory.

Le 4 stazioni installate sono al momento funzionanti. Esse sono state implementate, rispetto alla formulazione iniziale, con dei sensori che rispettano i criteri dalla rete ANTOS, una iniziativa internazionale per il monitoraggio delle variabili ambientali che influenzano la componente biologica, sostenuta da una commissione internazionale istituita nell’ambito dello SCAR Biology. Lo scopo di ANTOS è la registrazione e condivisione automatica e a lungo termine di osservazioni ambientali in Antartide, mediante stazioni di uguale configurazione (distinte tra ambiente marino e terrestre). Per tale motivo, per le stazioni si è fatto ricorso alla Hoskin Scientific Limited, che già aveva provveduto a fornire analoga strumentazione ai neo-zelandesi. 

I dati sono disponibili sul portale https://datagarrison.com/ inserendo le seguenti credenziali: User ID guest_2930 e Password: data

Nei siti di installazione, campioni di roccia e suolo sono stati prelevati e trasportati in base, conservati a -20°C e predisposti per il trasporto in Italia.

Un certo numero di campioni di suolo è stato inviato al Dipartimento di Scienze Biologiche dell’Università di Waikato (Hamilton) in Nuova Zelanda. I campioni verranno studiati nell’ambito di una collaborazione con il Prof. Craig Cary, responsabile nell’ambito dello SCAR della sezione di Biologia terrestre del programma ANTOS. La sopravvenuta emergenza COVID ha purtroppo reso impossibile finora l’analisi dei campioni che sarebbe dovuta essere effettuata da una dottoranda dell’Università della Tuscia.

In Italia sono state effettuate le analisi della componente microbica di rocce e suoli sui campioni prelevati nel corso delle diverse campagne. Si è proceduto all’estrazione di DNA metagenomico per indagare la biodiversità nei campioni raccolti e alla correlazione dei dati ottenuti con le caratteristiche chimico fisiche dei substrati.

I microrganismi isolati, identificati con tecniche molecolari, sono conservati nella collezione CCFEE (Università della Tuscia, sezione Micologica, Museo dell’Antartide).

I risultati delle ricerche hanno prodotti ad oggi le seguenti pubblicazioni scientifiche:

To date, the studies have yielded the following outcomes, which are listed below:

1. Severgnini, M., Canini, F., Consolandi, C., Camboni, T., Paolo D'Acqui, L., Mascalchi, C., Ventura S. & Zucconi, L. (2021). Highly differentiated soil bacterial communities in Victoria Land macro-areas (Antarctica). FEMS Microbiology Ecology, 97(7), fiab087, https://doi.org/10.1093/femsec/fiab087.
2. Canini F., Geml J., D’Acqui L.P., Buzzini P., Turchetti B., Onofri S., Ventura S., Zucconi L. (2021). Fungal diversity and functionality are driven by soil texture in Taylor Valley, Antarctica. Fungal Ecology 50, 101041.
3. Canini F., Geml J., Buzzini P., Turchetti B., Onofri S., D’Acqui L.P., Ripa C., Zucconi L. (2021). Growth forms and functional guilds distribution of soil fungi in coastal versus inland sites of Victoria Land (Antarctica). Biology 10(4), 320. https://doi.org/10.3390/biology10040320
4. Coleine C.^, Pombubpa N., Zucconi L., Onofri S, Buzzini P., Stajich J.E., Selbmann L., 2020. Uncover microbial diversity in Antarctic cryptoendolithic communities across three representative locations of the Victoria Land. Microorganism 8(6), 10.3390/microorganisms8060942 
5. Canini F., Geml J., D’Acqui L.P., Selbmann L., Onofri S., Ventura S., Zucconi L. (2020). Exchangeable cations and pH drive diversity and functionality of fungal communities in biological soil crusts from coastal sites of Victoria Land, Antarctica. Fungal Ecology: 45 (2020) 100923 https://doi.org/10.1016/j.funeco.2020.100923 
6. Coleine C., Stajich J. E., Pombubpa N., Zucconi L., Onofri S., Selbmann L. (2020). Sampling strategies to assess microbial diversity of Antarctic cryptoendolithic communities. Polar Biology, 43: 225-235. https://doi.org/10.1007/s00300-020-02625-2 
7. Zucconi L.*, Canini F.*, Temporiti M.E., Tosi S. (2020). Review Extracellular Enzymes and Bioactive Compounds from Antarctic Terrestrial Fungi for Bioprospecting (Review). Int. J. Environ. Res. Public Health 17, 6459; doi:10.3390/ijerph17186459 
8. Coleine, C., Stajich, J. E., Pombubpa, N., Zucconi, L., Onofri, S., Canini, F., & Selbmann, L. (2019). Altitude and fungal diversity influence the structure of Antarctic cryptoendolithic Bacteria communities. Environmental Microbiology Reports, 11(5), 718-726. 
9. Onofri S., Selbmann L., Pacelli C., Zucconi L., Rabbow E., De Vera J.-P. (2019). Survival, DNA, and ultrastructural integrity of a Cryptoendolithic antarctic fungus in Mars and Lunar Rock Analogues exposed outside the International Space Station. Astrobiology 19 (2): 170-182. Published online 30 October 2018 (https://doi.org/10.1089/ast.2017.1728)  DOI: 10.1089/ast.2017.1728 
10. Pacelli C., Bryan R.A., Onofri S., Selbmann L., Zucconi L., Shuryak I., Dadachova E. (2018). Survival and redox activity of Friedmanniomyces endolithicus, an Antarctic endemic black meristematic fungus, after gamma rays exposure. Fungal Biology 122: 1222-1227 Q1  https://doi.org/10.1016/j.funbio.2018.10.002
11. Coleine C., Stajich J.E., Zucconi L., Onofri S., Pombubpa N., Egidi E., Franks A., Buzzini P., Selbmann L. (2018). Antarctic cryptoendolithic fungal communities are highly adapted and dominated by Lecanoromycetes and Dothideomycetes. Frontiers in Microbiology, Vol. 9, Art. 1392, doi.org/10.3389/fmicb.2018.01392 
12. Onofri S., Selbmann L., Pacelli C., de Vera J.P., Horneck G., Hallsworth J.E., Zucconi L., (2018). Integrity of the DNA and Cellular Ultrastructure of Cryptoendolithic Fungi in Space or Mars Conditions: A 1.5 Year Study at the International Space Station. Life 8, 23  https://doi.org/10.3390/life8020023 (doi: 10.3390/life8020023)
13. Coleine C., Zucconi L., Onofri S., Pombubpa N., Stajich J.E., Selbmann L., (2018). Sun Exposure Shapes Functional Grouping of Fungi in Cryptoendolithic Antarctic Communities. Life 8, 19; doi:10.3390/life8020019 
14. Pacelli, C., Bryan R., Onofri S., Selbmann L., Zucconi L., Shuryak I., and Dadachova E. (2018) The effect of protracted X-rays exposure on cell survival and metabolic activity of fast and slow growing fungi capable of melanogenesis. Environmental Microbiology Reports 10(3): 255-263. https://doi.org/10.1111/1758-2229.12632
15. Selbmann, L., Pacelli, C., Zucconi, L., Dadachova, E., Moeller, R., Vera, J.P.d., Onofri, S. (2018). Resistance of an Antarctic cryptoendolithic black fungus to radiation gives new insights of astrobiological relevance. Fungal Biology 122(6): 546-554 doi: 10.1016/j.funbio.2017.10.012

Attività di divulgazione sul sito online del CIRA, all’indirizzo:

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https://www.cira.it/it/comunicazione/news/installata-la-stazione-micro-climatica-in-antartide/Primo%20segnale%20dalla%20stazione%20microclimatica%20in%20Antartide