La prima sequenziamento ad alto rendimento del batterioplankton fa luce sulla diversità batterica e cianobatterica nell'altipiano del Lago Sevan, Armenia

Un mondo nascosto in un lago di montagna

In alto nell'Altopiano armeno, il Lago Sevan è un vasto e freddo lago d'acqua dolce che fornisce acqua potabile, pesce, opportunità ricreative e valore culturale. A prima vista la sua superficie blu sembra incontaminata, ma sotto le onde vive una comunità invisibile di microbi che alimenta silenziosamente la rete trofica del lago e aiuta a riciclare i nutrienti. Questo studio offre il primo ritratto genetico dettagliato e stagionale di quegli abitanti microscopici — batteri e cianobatteri — e mostra come la loro comunità cambi con le stagioni, con implicazioni importanti per la qualità dell'acqua e il rischio di fioriture algali dannose.

Osservando da vicino un gigante alpino

Il Lago Sevan è insolitamente grande e alto: quasi 1900 metri sul livello del mare, diviso in un bacino superficiale, il «Grande Sevan», e uno più profondo, il «Piccolo Sevan». Sebbene alghe e zooplancton siano stati studiati per quasi un secolo, i batteri nelle sue acque aperte sono rimasti in gran parte sconosciuti. Nel 2018 i ricercatori hanno prelevato campioni d'acqua a più profondità in entrambi i bacini una volta per stagione — primavera, estate, autunno e inizio inverno. Hanno filtrato i microbi, estratto il loro DNA e utilizzato il sequenziamento ad alto rendimento di un gene marcatore per identificare migliaia di tipi batterici distinti, dai residenti d'acqua dolce comuni ai rari specialisti.

Una comunità microbica sorprendentemente ricca ed equilibrata

Il team ha riscontrato che la comunità microbica del Lago Sevan è sia diversificata sia ben equilibrata. La maggior parte dei batteri appartiene a pochi gruppi principali tipici dei laghi d'acqua dolce puliti in tutto il mondo. Questi includono organismi che si nutrono di molecole organiche semplici, altri che degradano materiale vegetale e algale complesso e altri ancora che possono usare la luce in modi speciali per integrare la loro energia. Le misure statistiche di diversità hanno mostrato che nessun gruppo singolo domina per la maggior parte dell'anno; invece molti microbi diversi condividono l'habitat, con schemi simili in entrambi i bacini e attraverso le profondità. Rispetto ad altri laghi studiati con metodi simili, la diversità di Sevan è maggiore rispetto al Lago Bajkal e alle acque antartiche, comparabile a quella di altri laghi d'alta montagna e leggermente inferiore a quella di piccoli laghi tropicali.

Fioriture estive e piccoli aiutanti invernali

Uno dei modelli stagionali più sorprendenti riguardava i cianobatteri — i microbi fotosintetici talvolta chiamati alghe blu-verdi. I ricercatori hanno individuato due principali modalità di vita. Per gran parte dell'anno la comunità cianobatterica è dominata da piccole cellule planctoniche libere (picocianobatteri) correlate a Synechococcus e Cyanobium. Queste forme minute prosperano in condizioni relativamente limpide e povere di nutrienti e contribuiscono silenziosamente alla produzione primaria del lago. Nei mesi caldi estivi, tuttavia, grandi cianobatteri filamentosi del gruppo Dolichospermum–Anabaena–Aphanizomenon aumentano rapidamente e formano fioriture, specialmente nel bacino più superficiale. Questi filamenti possono produrre tossine e creare ombra per altri organismi. Durante queste fioriture la ricchezza microbica complessiva diminuisce e molti dei picocianobatteri si ritirano temporaneamente, per poi riprendersi in autunno e in inverno quando le condizioni si raffreddano e si stabilizzano.

Forze lavoro microbiche e ospiti indesiderati

I dati genetici rivelano anche come diversi gruppi batterici contribuiscono al funzionamento del «centro di riciclaggio» interno del lago. Membri di un grande gruppo degradano il carbonio organico disciolto proveniente da alghe e piante; altri sono specializzati nel degradare polisaccaridi resistenti e chitina dai resti di zooplancton; altri ancora partecipano alle trasformazioni dell'azoto e dello zolfo, inclusi processi legati all'eutrofizzazione e alla formazione di uno strato profondo ricco di zolfo. Molti di questi batteri sono ultramicrobi adattati a condizioni a basso contenuto nutritivo e possono persino sfruttare la luce per aumentare il loro metabolismo. Accanto a questa forza lavoro benefica, i ricercatori hanno rilevato microbi associati a malattie: batteri che possono infettare i pesci, patogeni opportunisti per l'uomo e parassiti intracellulari che vivono all'interno dei protozoi. La loro presenza indica un'influenza antropica in corso, come il deflusso da aree ricreative e insediamenti circostanti.

Un lago, molte stagioni, destino condiviso

Combinando indagini genetiche con analisi ecologiche, lo studio mostra che il Lago Sevan ospita un microbioma caratteristico di tipo «acqua dolce» che rimane sostanzialmente simile tra i due bacini e dalle acque superficiali fino alle profondità. Ciò che cambia con maggiore forza è il tempo: il periodo dell'anno spiega più della metà della variazione nella struttura della comunità. In sostanza, il lago si comporta come un singolo sistema integrato i cui microbi ciclicamente attraversano stati stagionali distinti — dalla crescita primaverile, alla fioritura e stress estivi, all'assestamento autunnale, fino a una comunità diversificata della stagione fredda ricca di picocianobatteri e batteri specializzati. Per i non specialisti, il messaggio chiave è che la salute di questo lago montano iconico dipende non solo dalle alghe visibili e dai pesci, ma anche da un mondo microbico intricato che cambia con le stagioni. Comprendere quella comunità nascosta può aiutare i gestori a prevedere fioriture dannose, monitorare l'inquinamento e proteggere meglio l'ecosistema fragile d'alta quota del Lago Sevan.

Citazione: Gevorgyan, G., Khachikyan, T., Mamyan, A. et al. The first high-throughput sequencing of bacterioplankton sheds light on bacterial and cyanobacterial diversity in high-altitude Lake Sevan, Armenia. Sci Rep 16, 12480 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42528-6

Parole chiave: Lago Sevan, microbioma d’acqua dolce, fioriture cianobatteriche, diversità del batterioplankton, eutrofizzazione