Il Ruolo bizzarro degli Animali del Suolo nella Decomposizione delle Foglie Morte

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François-Xavier Joly 1, et Jens-Arne Subke1*

1Département des Sciences Biologiques et Environnementales, Université de Stirling, Stirling, Royaume-UniQuando le foglie delle piante muoiono, cadono e si accumulano sul suolo dove avviene un processo importante: si decompongono. La decomposizione è essenziale per riciclare i nutrienti e restituirli al terreno. Questo processo è svolto principalmente da un esercito di creature chiamate microbi, invisibili a occhio nudo, che fanno marcire lentamente le foglie morte. Tuttavia, anche creature più grandi, come millepiedi e lumache, si nutrono di foglie morte. Questi animali più grandi non digeriscono molto bene le foglie e restituiscono la maggior parte della materia fogliare al suolo sotto forma di escrementi, che vengono ulteriormente decomposti dai microbi. Ma questa trasformazione delle foglie morte in escrementi influisce sul processo di riciclaggio? Raccogliendo gli escrementi di molti animali del suolo che si nutrono di foglie morte, abbiamo scoperto che si decompongono più rapidamente rispetto alle foglie morte intatte. Questo significa che gli animali del suolo aiutano la decomposizione delle foglie morte, non digerendole, ma trasformandole in escrementi.

PERCHE STUDIARE LE FOGLIE MORTE?

Le piante sono la base di tutta la vita sulla Terra. Grazie alle loro foglie, le piante possono utilizzare l’energia del sole per catturare l’anidride carbonica dall’aria e trasformarla in zuccheri. Questo processo, chiamato fotosintesi, è assolutamente essenziale per la vita sulla Terra. Gli zuccheri vengono utilizzati per far crescere nuove parti della pianta (foglie, steli, radici), che possono poi essere mangiate da molte creature diverse. Tuttavia, le foglie di una pianta vivono solo per diversi mesi o pochi anni. Quando arriva il momento per le piante di perderle, le foglie morte si accumulano sul suolo, dando inizio a un altro processo fondamentale: la decomposizione delle foglie morte. Questo processo di decomposizione è tanto cruciale quanto la fotosintesi, poiché permette al carbonio di cui sono fatte le foglie di tornare nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica, che può essere nuovamente utilizzata da altre piante. Attraverso la decomposizione, anche i nutrienti contenuti nelle foglie morte ritornano al suolo, dove possono essere riutilizzati dalle piante per formare nuove foglie. È solo grazie a questo delicato equilibrio tra fotosintesi e decomposizione che il ciclo della vita può continuare.

I MICROBI DECOMPONGONO LE FOGLIE MORTE

Come avviene la decomposizione? Questo processo cruciale è svolto principalmente da un gruppo di organismi del suolo: i microbi. I microbi comprendono funghi—gli stessi organismi che formano i funghi commestibili—e batteri. I microbi sono così piccoli da essere per lo più invisibili a occhio nudo, eppure sono estremamente abbondanti nel suolo. Solo 1 grammo di terreno può contenere 10 miliardi di microbi. Questi microbi utilizzano le foglie morte come cibo. Le digeriscono rilasciando nel suolo diversi enzimi, che, come delle forbici, tagliano le foglie morte in minuscoli frammenti. I microbi possono quindi digerire questi piccoli frammenti di foglie per ottenere energia e crescere. Successivamente, rilasciano il carbonio nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica, permettendo al ciclo della vita di continuare.

Tuttavia, i microbi non decompongono tutte le foglie morte alla stessa velocità. Alcune piante, come i pini o i faggi, producono foglie resistenti, piuttosto spesse e povere di nutrienti. Queste foglie non sono molto efficienti nella fotosintesi, ma possono sopravvivere anche in condizioni difficili. Di conseguenza, una volta morte, si decompongono lentamente poiché offrono pochi nutrienti e poca superficie per la crescita dei microbi. Al contrario, piante come i frassini o il trifoglio producono foglie più sottili e ricche di nutrienti. Queste foglie sono meno resistenti ai danni, ma sono più efficienti nella fotosintesi. Quando queste foglie più sottili e nutrienti muoiono, offrono una maggiore quantità di nutrienti e una superficie più ampia per i microbi, degradandosi quindi più rapidamente.

GLI ANIMALI AIUTANO I MICROBI NELLA DECOMPOSIZIONE

I microbi non sono le uniche creature del suolo che decompongono le foglie morte. Molti animali del suolo di dimensioni maggiori, come millepiedi, lombrichi, porcellini di terra e lumache, si nutrono anch’essi di foglie morte (Figure 1A–C). In alcuni tipi di foreste, e persino nei deserti, la maggior parte delle foglie morte che cadono ogni anno viene mangiata da questi animali [1–4]. Tuttavia, di tutte le foglie che questi animali consumano (ad esempio, Figura 1D), solo una piccola parte viene effettivamente da essi digerita ed utilizzata. La maggior parte viene restituita al suolo sotto forma di feci, ovvero escrementi (Figura 1E). Ciò significa che, negli ecosistemi in cui questi animali sono abbondanti, le principali fonti di materia organica per batteri e funghi non sono le foglie morte, ma gli escrementi.

Indipendentemente dal tipo di foglie morte ingerite, questi escrementi sono sempre molto più piccoli delle foglie intatte e sono costituiti da decine di migliaia di minuscoli frammenti di foglie (Figura 1F). Questa trasformazione delle grandi foglie morte in minuscoli pezzi fornisce una superficie molto maggiore su cui i microbi possono crescere e decomporre.

L’importanza della conversione delle foglie morte in escrementi non è ancora ben compresa. Le feci vengono decomposte più facilmente dai microbi rispetto alle foglie morte intatte? Se sì, questo effetto è più significativo per le foglie spesse e resistenti rispetto alle foglie sottili, che vengono già degradate facilmente dai microbi? Tutti gli animali che si nutrono di foglie morte aiutano i microbi a scomporle? In questo studio, ci siamo posti l’obiettivo di rispondere a queste domande [5].

LA FABBRICA DELLE FECI: STUDIARE LA DECOMPOSIZIONE IN LABORATORIO

Per studiare l’importanza della conversione delle foglie morte in escrementi, avevamo bisogno di trovare e raccogliere decine di migliaia di escrementi freschi prodotti da vari animali del suolo che si nutrono di diversi tipi di foglie morte. Questo compito è impossibile in natura, perché gli escrementi sono molto piccoli ed è difficile determinare la specie di animale che li ha prodotti o il tipo di foglia morta che l’animale ha mangiato. Così, abbiamo ideato un nuovo tipo di esperimento speciale: una fabbrica di feci.

Abbiamo iniziato esplorando varie foreste e praterie delle Lowlands scozzesi, raccogliendo migliaia di animali del suolo appartenenti a sei specie diverse, tra cui tre specie di millepiedi, due specie di porcellini di terra e una specie di lumaca. Abbiamo anche raccolto foglie morte di sei specie di alberi noti per la loro diversa velocità di decomposizione: querce, faggi, noccioli, aceri, ippocastani e tigli (Figura 2). Abbiamo portato tutti i campioni in laboratorio e, utilizzando contenitori di plastica, abbiamo abbinato ogni specie di animale a ciascun tipo di foglia. In totale, abbiamo creato 36 combinazioni di foglie e animali. Abbiamo lasciato che gli animali si nutrissero e, due volte a settimana per un mese, abbiamo raccolto i loro escrementi. Questi escrementi erano molto diversi tra loro: variavano di colore a seconda delle foglie morte ingerite e di forma a seconda della specie di animale (Figura 2).

Dopo la fase di raccolta degli escrementi, abbiamo misurato la velocità con cui questi escrementi si decomponevano rispetto alle foglie morte intatte. Volevamo effettuare queste misurazioni in condizioni riproducibili da altri ricercatori nel mondo, per verificare i nostri risultati o confrontarli con quelli ottenuti usando specie di animali o foglie differenti. Per farlo, abbiamo creato piccoli sistemi artificiali di suolo in laboratorio. Abbiamo riempito piccoli barattoli con terreno prelevato da un campo locale e vi abbiamo posizionato una piccola quantità di escrementi o foglie morte sopra, separati dalla superficie del suolo da una rete fine. Questa rete ci ha permesso di recuperare facilmente i resti di escrementi o foglie morte, consentendo comunque ai microbi presenti nel suolo di attraversarla e decomporre il materiale.

Abbiamo collocato i barattoli in una stanza buia, calda e umida per 6 mesi. Ogni settimana, abbiamo aggiunto acqua per mantenere il livello di umidità del suolo ottimale per i microbi. Trascorsi i 6 mesi, abbiamo recuperato gli escrementi e le foglie morte rimaste. Le abbiamo essiccate, pesate e confrontate con la loro massa iniziale per determinare la quantità di materiale decomposto dai microbi durante il periodo di studio.

COSA ABBIAMO SCOPERTO?

I nostri esperimenti hanno portato a due scoperte molto interessanti. Innanzitutto, per tutte le specie animali studiate, abbiamo scoperto che gli escrementi si decompongono in media il 38% più velocemente rispetto alle foglie morte (Figura 3). Questi risultati sono stati molto coerenti, nonostante lumache, millepiedi e porcellini di terra siano specie molto diverse tra loro. Pensiamo che gli escrementi si decompongano più rapidamente perché gli animali trasformano le grandi foglie morte in migliaia di piccoli frammenti, che offrono una superficie maggiore su cui i microbi possono crescere e svolgere la loro attività di decomposizione più facilmente.

La nostra seconda importante scoperta è che l’aumento della velocità di decomposizione non era uguale per tutti i tipi di foglie morte. Quando gli animali mangiavano foglie morte che i microbi possono decomporre facilmente, i loro escrementi non si decomponevano molto più velocemente rispetto alle foglie intatte. Tuttavia, quando gli animali si nutrivano di foglie difficili da decomporre per i microbi, i loro escrementi si decomponevano molto più rapidamente rispetto alle foglie non mangiate. Di conseguenza, le grandi differenze nella velocità di decomposizione tra vari tipi di foglie morte quasi scompaiono una volta che le foglie vengono mangiate dagli animali e trasformate in escrementi.

GLI ANIMALI DEL SUOLO CONTRIBUISCONO AL CICLO DELLA VITA

In sintesi, trasformando le foglie morte in escrementi, gli animali del suolo accelerano la decomposizione svolta dai microbi. Questo è il motivo per cui non vediamo accumuli di foglie morte sulla superficie del suolo, specialmente sotto le piante con foglie che si decompongono lentamente. Ancora più importante, trasformando le foglie morte in escrementi, gli animali del suolo aiutano il carbonio contenuto nelle foglie a tornare nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica e i nutrienti a ritornare nel suolo, dove possono essere riutilizzati dalle piante. Così, gli animali del suolo contribuiscono a mantenere il delicato equilibrio tra fotosintesi e decomposizione, un equilibrio essenziale per la sopravvivenza delle piante—e quindi per tutta la vita sulla Terra!

GLOSSARIO

Decomposizione

Il processo mediante il quale la materia complessa di origine vegetale o animale viene scomposta in una forma più semplice, producendo anidride carbonica e nutrienti.

Fotosintesi

Il processo attraverso il quale le piante catturano l’energia della luce solare tramite le loro foglie per trasformare l’anidride carbonica e l’acqua in zuccheri.

Enzima

Proteine in grado di scomporre molecole grandi e complesse in molecole più piccole e semplici.

Microbi

Minuscoli organismi viventi, invisibili a occhio nudo, come batteri o funghi. Sono anche chiamati “microrganismi.”

Feci

Residui di cibo ingerito che non vengono digeriti dagli animali. In altre parole, escrementi.

ARTICOLO ORIGINALE

Joly F-X, Coq S, Coulis M, David J-F, Hättenschwiler S, Mueller CW, Prater I, Subke J-A. Detritivore conversion of litter into faeces accelerates organic matter turnover. Commun Biol (2020) 3:660.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

EDITED BY: Rémy Beugnon, Centre de recherche allemand sur la biodiversité intégrative (iDiv), Allemagne

SCIENCE MENTOR: Maria Claudia Segovia-Salcedo

CITATION: Joly F-X and Subke J-A (2022) The Bizarre Role of Soil Animals in the Decomposition of Dead Leaves. Front. Young Minds 10:638736. doi: 10.3389/frym.2022.638736

**CONFLITTO DI INTERESSI: **Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che possano rappresentare un potenziale conflitto di interesse.

**COPYRIGHT ****© **2022 Joly and Subke: This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

GIOVANI REVISORI

JUAN DIEGO, ETÀ: 15 anni

Ciao, mi chiamo Juan Diego e ho appena compiuto 15 anni. Sono dell’Ecuador, ma sono cresciuto negli Stati Uniti. Ho molti hobby. Il mio passatempo preferito è giocare ai videogiochi, perché mi permette di stare con i miei amici ora che sono bloccato a casa a causa della pandemia. Mi piacciono gli animali e la natura. Per questo motivo, come parte di un progetto scolastico, sto attualmente lavorando a un piccolo album di adesivi sulle specie in pericolo dell’Ecuador.

AUTORI

FRANÇOIS-XAVIER JOLY

François-Xavier Joly è un ecologo del suolo, originario della Francia, che lavora presso l’Università di Vienna, in Austria. La sua ricerca si concentra sullo studio di come gli organismi del suolo contribuiscano alla decomposizione delle piante morte e su come questo processo possa cambiare a causa delle trasformazioni globali, come la perdita di biodiversità e il cambiamento climatico. joly.fx@gmail.com

JENS-ARNE SUBKE

Jens-Arne Subke è un ecologo degli ecosistemi presso l’Università di Stirling e si interessa delle interazioni tra piante, suolo e ambiente. Cerca di rispondere a domande su come il carbonio assorbito dall’atmosfera dalle piante possa essere stabilizzato nei suoli per ridurre le concentrazioni di CO2 atmosferica.

TRADUTTRICE

**MICHELA AUDISIO **

Michela Audisio è una ricercatrice italiana presso la Facoltà di Scienze Forestali dell’Università di Göttingen, in Germania. La sua ricerca si concentra sugli effetti del cambiamento climatico sulla funzionalità degli ecosistemi forestali. Ama profondamente la natura e si circonda di piante ovunque. Nel tempo libero balla, viaggia e trascorre tempo con gli amici.

FINANZIAMENTI (TRADUZIONE)

Il team Translating Soil Biodiversity riconosce il supporto del Centro Tedesco per la Biodiversità Integrativa (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, finanziato dalla Fondazione Tedesca per la Ricerca (DFG FZT 118, 202548816).

CITATION (TRANSLATION)

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

Recommended citation format: Joly FX and Subke JA (2025) The Bizarre Role of Soil Animals in the Decomposition of Dead Leaves (Italian translation: Michela Audisio). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2022, doi: 10.3389/frym.2022.638736

Figures

Figura 1: (A–C) Esempi di animali del suolo che si nutrono di foglie morte e le trasformano in escrementi. (D) Esempio di foglie morte di cui questi animali possono nutrirsi. (E) Esempi di escrementi prodotti dagli animali che mangiano foglie morte. (F) Figura 1: (A–C) Esempi di animali del suolo che si nutrono di foglie morte e le trasformano in escrementi. (D) Esempio di foglie morte di cui questi animali possono nutrirsi. (E) Esempi di escrementi prodotti dagli animali che mangiano foglie morte. (F) Gli escrementi degli animali che si nutrono di foglie sono composti da molte piccole particelle di foglia.

Figura 2: Escrementi raccolti da sei diversi animali del suolo che si nutrivano di sei diversi tipi di foglie morte. Figura 2: Escrementi raccolti da sei diversi animali del suolo che si nutrivano di sei diversi tipi di foglie morte. Gli escrementi sono disegnati in scala, ma le foglie e gli animali non sono in scala. Si può notare che il colore degli escrementi dipende dalle foglie morte mangiate, con un colore chiaro quando l’animale mangia foglie di faggio e un colore più scuro quando mangia foglie di tiglio. Al contrario, la forma degli escrementi dipende dall’animale, con escrementi ovali per i millepiedi, rettangolari per i porcellini di terra e cilindrici per le lumache (Credito immagine: adattato da [5]).

Figura 3: Trasformando le foglie morte in escrementi, gli animali del suolo influenzano la velocità con cui le foglie morte si decompongono. Figura 3: Trasformando le foglie morte in escrementi, gli animali del suolo influenzano la velocità con cui le foglie morte si decompongono. In media, gli escrementi degli animali del suolo si decompongono il 38% più velocemente rispetto alle foglie morte intatte. Questo effetto dipende dal tipo di foglie. Quando gli animali mangiavano foglie facili da decomporre per i microbi (mostrate in giallo chiaro), i loro escrementi non si decomponevano molto più velocemente rispetto alle foglie morte. Tuttavia, quando mangiavano foglie difficili da decomporre (mostrate in marrone scuro), i frammenti di foglia negli escrementi si decomponevano molto più rapidamente.