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May 14, 2023

Verso l'identificazione di ligandi umici associati al trasporto del ferro attraverso un gradiente di salinità

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15545 (2022) Citare questo articolo

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I ligandi umici dei fiumi boreali sono stati identificati come importanti fonti di ligandi che legano il ferro per l'ambiente marino costiero, ma rimangono scarsamente caratterizzati. Un nuovo metodo che utilizza la spettroscopia infrarossa trasformata di Fourier (FTIR) è stato utilizzato per identificare e quantificare i ligandi che legano il ferro presenti in un fiume boreale a Terranova, in Canada. Dal 20 al 35% del carico totale di ferro è stato trasportato attraverso un gradiente di salinità artificiale ed è rimasto in soluzione a 35 di salinità. Utilizzando FTIR combinato con regressione lineare e analisi di correlazione 2D, abbiamo identificato due pool di ligandi organici, con comportamento diverso per quanto riguarda il ferro attraverso il gradiente di salinità. Il pool di ligandi più deboli era costituito da alcheni, eteri ed esteri e si è scoperto che rilascia ferro durante la flocculazione a basse salinità e non contribuisce al trasporto del ferro nell'ambiente marino. Il gruppo legante più forte conteneva acidi carbossilici e gruppi funzionali alifatici. Questo gruppo sembra contenere due sottogruppi, uno in grado di trattenere il ferro nella fase disciolta a 35 salinità, e un altro che floccula con il ferro attraverso il gradiente di salinità. I forti ligandi che trattengono il ferro in soluzione attraverso il gradiente di salinità forniscono una fonte di micronutrienti estremamente necessaria per l’ambiente costiero e marino, mentre l’altro sottogruppo sequestra ferro e carbonio nei sedimenti degli estuari. L’equilibrio tra questi due sottogruppi sembra essere controllato dalle condizioni idrografiche e meteorologiche al momento del campionamento, suggerendo una relazione dinamica ligando-ferro durante tutto l’anno, influenzando i cicli biogeochimici sia del ferro che del carbonio in modi contrastanti.

Il ferro è un elemento chiave che influenza la produttività degli oceani e i cicli biogeochimici globali1,2. Viene utilizzato dal fitoplancton per effettuare la fissazione dell'azoto, la fotosintesi e la respirazione1,3 ed è stato dimostrato che svolge un ruolo nel sequestro del carbonio mediante associazione con la materia organica nei sedimenti, proteggendo il carbonio dalla degradazione microbica e migliorando così lo stoccaggio del carbonio a lungo termine4 ,5. L’importanza del ferro su scala globale per la produttività biologica e i cicli globali ha stimolato molteplici studi per comprendere meglio le fonti, l’utilizzo e il modo in cui le mutevoli condizioni fisico-chimiche influenzano la sua distribuzione.

Nonostante la sua importanza, il ferro disciolto esiste in concentrazioni molto basse negli ambienti marini a causa della sua bassa solubilità e può essere un nutriente limitante per vaste aree dell'oceano2. Si ritiene che le principali fonti di ferro nell'oceano siano i depositi atmosferici e le sorgenti idrotermali1,2. La maggior parte del ferro presente nell'ambiente marino non è ferro libero, ma rimane in gran parte in soluzione attraverso la complessazione con ligandi organici6. Questi ligandi possono provenire da una varietà di fonti come siderofori, sostanze umiche, sostanze esopolimeriche, porfirine e saccaridi6,7,8. I ligandi umici, un sottoinsieme delle cosiddette "sostanze umiche", hanno origine in ambienti terrestri e marini, e in alcune regioni costituiscono una grande frazione del pool totale di ligandi che legano il ferro9,10,11,12,13. I ligandi umici, come tutta la materia organica disciolta sia di origine terrestre che marina, sono generalmente scarsamente caratterizzati dal punto di vista molecolare. I ligandi umici di derivazione terrestre possono agire come fonte di ferro fluviale per l’ambiente marino, in particolare nelle regioni fortemente influenzate dagli input fluviali, come le regioni costiere10,13 e persino le regioni oceaniche aperte come la corrente transpolare nell’Oceano Artico, che ha è stato dimostrato che è una delle principali fonti di metalli in tracce e di materia organica di derivazione terrestre14,15.

Nonostante rappresenti una piccola percentuale del ferro marino totale, il ferro fluviale è stato recentemente riconosciuto come una fonte importante grazie alla sua maggiore biodisponibilità9,16,17,18. La necessità di comprendere i controlli e il trasporto del ferro gioca un ruolo fondamentale per comprendere meglio l'oceano produttività. Il ferro fluviale era precedentemente ignorato come fonte significativa di ferro per gli ambienti marini, poiché gran parte del ferro fluviale viene perso attraverso la flocculazione lungo il gradiente di salinità e successivamente sepolto nei sedimenti degli estuari19. Storicamente, si pensava che il 95% del carico di ferro di un fiume andasse perso attraverso l'estuario, ma attraverso la complessazione con ligandi umici studi più recenti riportano che fino al 20% del carico totale di ferro disciolto può essere trasportato attraverso il gradiente di salinità nell'oceano16,18, 19. Un aumento del carico di ferro può alterare ulteriormente l’ambiente marino locale, causando l’imbrunimento e l’aumento della produttività2,20.