Can the Fern That Cooled the Planet Do It Again?

Cinquantacinque milioni di anni fa, quando gli scienziati credono che la Terra fosse in uno stato di quasi fuga, pericolosamente surriscaldata dai gas serra, l’Oceano Artico era anche un posto molto diverso. Era un grande lago, collegato agli oceani maggiori da un’apertura primaria: il Mare di Turgay.

Quando questo canale si chiuse o fu bloccato quasi 50 milioni di anni fa, lo specchio d’acqua chiuso divenne l’habitat perfetto per una felce dalle piccole foglie chiamata Azolla. Immaginate l’Artico come il Mar Morto di oggi: Era un lago caldo che si era stratificato, soffrendo di una mancanza di scambio con le acque esterne. Ciò significa che le sue acque erano cariche di nutrienti in eccesso.

L’Azolla approfittò dell’abbondante azoto e dell’anidride carbonica, due dei suoi cibi preferiti, e prosperò. Grandi popolazioni formarono spessi tappeti che coprivano il corpo del lago. Quando le precipitazioni aumentarono a causa del cambiamento del clima, le inondazioni fornirono un sottile strato di acqua dolce che permise all’Azolla di strisciare verso l’esterno, su parti dei continenti circostanti.

L’Azolla fiorì e morì così a cicli per circa 1 milione di anni, ogni volta stendendo un ulteriore strato della spessa coltre di sedimenti che fu finalmente trovata nel 2004 dall’Arctic Coring Expedition.

Il fatto che la felce abbia bisogno solo di un po’ più di un pollice d’acqua sotto di essa per crescere fa sembrare l’intero scenario perfettamente ragionevole, fino a quando non si impara quanto carbonio questa pianta affamata di anidride carbonica ha succhiato nel corso di quei milioni di anni.

“Circa la metà della CO2 disponibile in quel momento”, ha detto Jonathan Bujak, che studia la polvere e le particelle vegetali fini come palinologo. “I livelli sono scesi da 2500 e 3500 a 1500 e 1600 ppm. “*

Mentre ciò che ha messo fine all’era di Azolla rimane poco chiaro, i successivi 49 milioni di anni hanno visto la Terra cadere in un ciclo che ha portato cali ancora più drastici nei livelli di CO2.

I continenti meridionali si sono rotti e, mentre il Sud America e l’India migravano verso nord, l’Antartico è diventato isolato e sempre più freddo, assorbendo più CO2 e creando un effetto a nastro trasportatore di aria fredda che perpetuava il ghiaccio. Una successione di ere glaciali fu innescata una volta che il CO2 dell’atmosfera scese sotto le 600 ppm circa 2,6 milioni di anni fa, appena 200 ppm in meno rispetto alla stima attuale della Terra.

Ere glaciali cicliche iniziarono, ruotando tra 100.000 anni di ghiacciai massicci, seguiti da pause di 10.000 anni. A metà del 18° secolo, i livelli di CO2 erano a 280 ppm.

Trovare usi moderni per una pianta eroica
“Ciò che è davvero incomprensibile”, ha detto Bujak, “è che il precedente processo di raffreddamento del nostro pianeta e la diminuzione di CO2 ha richiesto 50 milioni di anni per svolgersi. Ora, potremmo invertire questo processo nel giro di pochi secoli.”

Quello che si sa sul vero funzionamento interno di Azolla può ancora solo sfiorare la superficie, ma persone di tutto il mondo, come Kathleen Pryer, una professoressa di Duke che sta finanziando il genoma della felce, hanno continuato a trovare modi creativi per esplorare le sue possibilità. Alan Marshall, un ex radiologo che vive in Tasmania, Australia, è solo un esempio di uno scienziato cittadino che crede che l’Azolla possa aiutare il pianeta a raggiungere un migliore equilibrio.

Dopo un periodo di due anni come radiologo medico volontario in Africa orientale, Marshall ha iniziato a vedere che i progressi nella tecnologia non sono sempre meglio portati a grandi spese. Ha iniziato a cercare modi per impiegare quella che lui chiama tecnologia alternativa e appropriata.

“‘Alternativa’ significa che invece della tecnologia industriale e costosa che può essere disponibile solo dove si ha personale di manutenzione, si impiegano mezzi più semplici e disponibili localmente per fare lo stesso lavoro”, ha detto Marshall. “‘Appropriato’ tiene conto di ciò che la popolazione locale accetterà in termini di esigenze, opinioni tradizionali e religiose, abilità tecniche, ecc.”

Marshall stava cercando un metodo per trattare l’acqua grigia della sua casa, l’acqua del lavandino o della vasca, in modo che potesse essere utilizzata nei suoi giardini, quando si è imbattuto in Azolla.

“Visitando il giardino di un vicino, ho notato un’erbaccia rosata che cresceva sulla superficie del suo stagno, ho preso un campione a casa e ho fatto ricerche su Internet”, ha detto Marshall. “Determinando che si trattava di una specie di Azolla e che poteva rimuovere fosfati e azoto dall’acqua, ho sentito che poteva essere utile”.

Ha iniziato a sperimentare l’Azolla come parte di un sistema di filtraggio e a scrivere sul blog del suo progetto con altri appassionati di Azolla e tecnologie alternative. Marshall ha ora messo a punto un sistema di filtri in tre parti che è efficace per rimuovere l’odore dalle acque grigie, ma non per rimuovere agenti patogeni e virus.

Ha detto che lo sviluppo di questi tipi di meccanismi su piccola scala e facili da gestire è ideale come tecnologia alternativa, ma potrebbe anche essere scalato per l’uso in sistemi più grandi. Questo è il motivo per cui i professionisti sono davvero necessari sul campo per intervenire e guidare ulteriori lavori, ha detto.

Mangia la tua Azolla. Fa bene
Altri hanno iniziato a sperimentare l’aspetto commestibile dell’Azolla, compreso Andrew Bujak, uno chef e figlio di Jonathan Bujak. Andrew Bujak l’ha coltivata nella sua casa in Canada. Inizialmente interessato al concetto di slow food, un movimento italiano nato in opposizione alla crescente influenza delle catene di fast-food come McDonald’s Corp., Bujak ha visto un uso personale per l’Azolla.

“Ho capito che questa non era solo una buona fonte di cibo, essendo nutriente e praticamente insapore, ma poteva essere coltivata da chiunque praticamente ovunque nel mondo. È abbastanza facile da trovare, sia online che nei negozi che vendono acquari. Basta aggiungere acqua, letteralmente”, ha detto Bujak con una risata. Quando gli è stato chiesto di descrivere il sapore della felce, Bujak l’ha paragonata a un filo d’erba.

L’Azolla è cresciuta non solo in Canada ma quasi ovunque nel mondo, ha detto Bujak, quindi si è adattata naturalmente a molte regioni e climi diversi. Questo rende facile per le persone raccoglierla semplicemente e metterla in uso.

“Forse sei un piccolo agricoltore in Alberta e vuoi tagliare i costi e lasciare meno impronta di carbonio”, ha detto Bujak. “Coltiva l’Azolla e boom, ora hai un prezioso fertilizzante, una fonte di cibo per il bestiame e qualcosa da mangiare tu stesso”.

Ha aggiunto che l’Azolla potrebbe anche essere un superfood del futuro, sia per la sua nutrizione che per il poco terreno che richiede.

“Anche se la coltivassimo come coltura, non sprecherebbe altro terreno coltivato. Verrebbe semplicemente aggiunto ai sistemi esistenti, come si usa ora nelle ricche coltivazioni di risaia”, ha detto Bujak. “In condizioni in cui lo spazio per la crescita del cibo è estremamente limitato, l’Azolla offre molto nutrimento per una piccola quantità di spazio”. Hanno anche lavorato sul suo uso nello spazio esterno!”

Bujak ha detto che il suo prossimo progetto è quello di ricreare la nori, fogli di alghe secche pressate, utilizzando la felce. Attualmente, l’Azolla può essere venduta come nutraceutico in Canada, in capsule e polvere, con proprietà antiossidanti e benefici generali per la salute, ma deve ancora essere approvata negli Stati Uniti. Bujak ha suggerito che probabilmente non passerà molto tempo prima che l’Azolla sia approvata oltre confine, dato il track record della felce.

“Questa pianta è così incredibile ad ogni livello”, ha detto. “Due settimane fa, il Beijing Genomics Institute, o BGI, proprietario delle più sofisticate piattaforme di sequenziamento al mondo, ha accettato di assumere il progetto di Pryer per finanziare la mappatura del genoma dell’Azolla. In appena un anno, i misteri del passato della felce e le applicazioni complete per il futuro potrebbero diventare dati open-access.

Gane Ka-Shu Wong, uno dei fondatori del BGI, che insegna anche all’Università canadese di Alberta, ha detto che le origini poco ortodosse del gruppo in qualche modo corrispondono allo schema di Pryer. Mentre lavorava al progetto del genoma umano alla fine degli anni ’90, Wong sentiva che il processo della scienza era diventato troppo istituzionalizzato.

“Il sistema di ricompensa nel tipico laboratorio governativo o universitario è troppo concentrato sull’individuo, non sulla squadra”, ha detto Wong. Legandosi con altri scienziati che si sentivano allo stesso modo, Wong ha cercato un posto dove aprire le loro porte.

“Abbiamo deciso che se volevamo cambiare questa cultura, dovevamo andare in un posto dove non avevamo praticamente concorrenza in quel momento”, ha detto Wong. “Negli anni ’90, un posto era molto, molto diverso da quello di oggi – quel posto è la Cina.”

Sapendo che il genoma umano stava per essere decifrato, il team ha rapidamente aperto un negozio oltreoceano. Con grande shock dei loro colleghi, riuscirono a completare in tempo il loro contributo dell’1% al progetto.

“Avevamo ormai dimostrato di poterlo fare, quindi abbiamo scalato rapidamente. Il governo si è interessato, le aziende private si sono interessate, e improvvisamente eravamo enormi”, ha detto Wong.

Ora fornisce test e forniture ospedaliere oltre ad offrire una gamma completa di altri servizi biologici, l’azienda ha presto iniziato a generare profitti.

“Abbiamo iniziato a usare i soldi dei progetti commerciali per finanziare ciò che chiamiamo ‘scienza divertente'”, ha detto Wong, riferendosi a progetti che attraggono gli scienziati solo perché rispondono a una domanda, non necessariamente servono una funzione economica.

“La linea di fondo è che siamo un gruppo di scienziati che amano fare scienza e vogliono guadagnarsi da vivere. Finora, è stato un successo”, ha detto Wong. “

Il nostro obiettivo è quello di ottenere queste informazioni là fuori in modo che il maggior numero di persone possibile possa accedervi.”

BGI si concentrerà anche sul dipanare la complessa relazione tra Azolla e i cianobatteri che sono il suo stretto compagno di viaggio, qualcosa che BGI vede anche come chiave per gli usi futuri della felce e l’espansione del suo studio.

Altri che hanno lavorato con l’Azolla per decenni sono entusiasti della notizia.

Una fortuna per un’erbaccia?
“Questa conoscenza ci darà il controllo sull’Azolla in un modo che non avevamo prima”, ha detto Francisco Carrapico dell’Università di Lisbona. “Possiamo aumentare il sequestro del carbonio e la fissazione dell’azoto, o dare le proprietà dell’Azolla ad altre piante. Abbiamo anche trovato sostanze chimiche nell’Azolla che fermano la divisione cellulare. La domanda è quasi cosa troveremo che l’Azolla non può fare.”

La felce ha uno svantaggio, che le ha fatto guadagnare una cattiva reputazione in alcune parti d’Europa e una designazione come erbaccia in Nord America. L’azolla, come la maggior parte delle alghe, può formare fioriture massicce, come ha fatto 49 milioni di anni fa nell’Artico, soffocando la vita sottostante.

Anche in questi casi, ha sostenuto Jonathan Bujak, “la fioritura è un sintomo”, di solito dovuto ad alti livelli di azoto.

Mentre Pryer ha detto che le sue motivazioni per perseguire Azolla erano principalmente accademiche, lei certamente vede il potenziale per il venture capitalism crescere intorno ad Azolla in futuro.

“Volevamo un genoma per la gente, dalla gente”, ha detto Pryer con una risatina. Eppure altri pensano che qualcosa al di là dell’apprendimento accademico, delle applicazioni ambientali o degli usi industriali sia da guadagnare dal lavoro di Pryer.

“Azolla mi ha fatto capire che le cose nella vita sono molto diverse da quello che ci viene insegnato che siano”, ha detto Carrapico. “La vita è come Internet: Tutto è invisibilmente collegato, ma noi lo dimentichiamo così spesso. Non vediamo l’impatto che abbiamo l’uno sull’altro. Possiamo guardare a queste connessioni e, attraverso la biologia, investire in cambiamenti che miglioreranno il mondo che ci lasciamo alle spalle.”

Gli sforzi di finanziamento per ulteriori ricerche terminano mercoledì, ma questo certamente non sarà l’ultimo capitolo della saga dell’Azolla, una storia iniziata molto prima che l’uomo abitasse il pianeta e, probabilmente, continuerà molto tempo dopo che ce ne saremo andati.
*Correzione (7/16/14): ClimateWire ha modificato questa frase dopo la pubblicazione per correggere i livelli errati di anidride carbonica indicati nella versione originale.

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