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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1539 (2023) Citare questo articolo

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I processi di fossilizzazione e soprattutto il ruolo dell'attività batterica durante la conservazione del materiale organico non sono stati ancora ben compresi. Qui riportiamo i risultati di esperimenti tafonomici controllati con gamberi in acqua dolce e sedimenti. Le analisi dell'amplicone dell'rRNA 16S hanno mostrato che lo sviluppo della composizione della comunità batterica nel tempo era correlato a diversi stadi di decadimento e conservazione. Tre generi dominanti, Aeromonas, Clostridium e Acetobacteroides, sono stati identificati come i principali responsabili della decomposizione dei gamberi d'acqua dolce. Utilizzando la tomografia microcomputerizzata (μ-CT), la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la spettroscopia Raman confocale (CRS), sono stati rilevati ammassi di calcite dopo 3-4 giorni all'interno delle carcasse di gamberi durante la loro decomposizione in acqua dolce a 24 °C. La precipitazione degli ammassi di calcite durante il processo di decomposizione è aumentata in presenza del genere batterico Proteocatella. Di conseguenza, Proteocatella potrebbe essere uno dei generi batterici responsabili della fossilizzazione.

I "Konservat-Lagerstätten" ospitano una documentazione fossile distinta dei tessuti molli e, quindi, rappresentano la diversità delle antiche comunità1,2. Le diverse fasi che portano alla fossilizzazione dei tessuti molli rimangono poco chiare e, soprattutto, il ruolo dell’attività batterica non è ben compreso. Immediatamente dopo la morte di un organismo, gli enzimi autolitici, come lipasi, proteasi o amilasi, iniziano l'autodigestione delle cellule morte e vengono rilasciati liquidi ricchi di sostanze nutritive3,4,5,6. Questi nutrienti supportano la crescita iniziale dei batteri che poi producono esoenzimi idrolitici e continuano a decomporre la materia organica. Il decadimento eterotrofico può essere accompagnato da variazioni del valore del pH. Si presume che questi cambiamenti di pH potrebbero quindi provocare il rilascio di ioni dal materiale organico e dall'ambiente circostante. Gli ioni liberi compromettono ulteriormente la crescita batterica, portano alla stabilizzazione dei resti tissutali e, infine, alla mineralizzazione autigenica7,8,9,10,11,12,13. Pertanto, l'attività batterica iniziale sembra svolgere un ruolo importante per una conservazione eccezionale14,15 fintanto che il tasso dei successivi processi di conservazione, ad esempio, la mineralizzazione, rimane superiore ai tassi di decomposizione7,8,9,10,11,12,14, 16,17,18,19,20.

La maggior parte della ricerca si concentra sulle condizioni ambientali che riducono l’attività batterica o favoriscono la precipitazione dei minerali. L'attività batterica è fortemente influenzata da fattori abiotici, come la temperatura, il valore del pH, la salinità o l'ossigeno. Questi parametri incidono sulla capacità dei ceppi di colonizzare con successo un habitat o di regolare la produzione di specifici esoenzimi degradanti in base alla disponibilità di nutrienti, ossigeno, densità cellulare batterica e fase di crescita batterica21,22,23. Esoenzimi come proteasi, chitinasi o lipasi contribuiscono alla decomposizione dei tessuti molli, mentre altre caratteristiche metaboliche batteriche (ad esempio, attività dell'ureasi, metabolismo degli aminoacidi, fermentazione degli zuccheri con rilascio di acidi organici) possono direttamente o indirettamente indurre processi di mineralizzazione24, e quindi contribuire alla preservazione dei tessuti molli. Si presuppone che il decadimento e la mineralizzazione avvengano simultaneamente e siano specifici del tipo di tessuto13,25. La conservazione dei tessuti molli è stata spesso associata a condizioni anaerobiche che riducono l'attività autolitica e si ritiene influenzino la degradazione microbica26,27,28,29,30,31,32,33,34,35. Tuttavia, ciò non tiene conto del fatto che i batteri mostrano vari adattamenti alle condizioni di ossigeno ridotto. Ad esempio, Pseudomonas tunicata, un batterio marino aerobico, formerà pseudomorfi di embrioni marini in condizioni aerobiche, ma distruggerà la struttura interna delle cellule se l'ossigeno non è disponibile o è esaurito31. Inoltre, alcuni organismi anaerobici obbligati, come i batteri solfato-riduttori, sono in grado di degradare la materia organica con la stessa rapidità dei batteri aerobici16,36. Inoltre, gli esperimenti tafonomici non hanno ancora raggiunto un consenso sul ruolo delle condizioni anaerobiche sulla conservazione. Mentre alcuni risultati indicano una decomposizione più rapida dei tessuti molli in condizioni aerobiche26,27,28,37, altri risultati sperimentali non mostrano differenze rispetto al decadimento anaerobico16,38 o solo rare differenze in varie condizioni di ossigeno39,40. In particolare, uno studio ha evidenziato che alcuni tessuti degli cnidari decadevano ancora più velocemente in condizioni anaerobiche41. È stato inoltre suggerito che specifici processi di mineralizzazione indotti dai batteri in condizioni anaerobiche potrebbero essere più importanti per la conservazione dei tessuti rispetto alla riduzione dell’attività microbica14.