From green to red: experimental evidence for pigment-driven snow darkening

La neve non è semplicemente una coltre bianca statica; nelle regioni polari e nelle alte montagne, è un paesaggio vivente che cambia colore. Quando la neve si scioglie, rivela spesso una tavolozza vibrante e mutevole guidata dalla vita microscopica. Tra questi abitanti, i più significativi sono le alghe delle nevi, minuscoli organismi che prosperano in condizioni fredde e umide. Queste alghe contengono pigmenti, lo stesso tipo di coloranti naturali che conferiscono alle piante il loro colore verde o trasformano le foglie autunnali in rosso. Nel contesto della neve, questi pigmenti fanno molto di più che tingere il ghiaccio; essi cambiano il modo in cui la neve interagisce con la luce solare. La neve bianca riflette la maggior parte dell'energia solare nello spazio, mantenendo la superficie fresca. Quando la neve si scurisce, assorbe più calore, il che accelera lo scioglimento. Per anni, gli scienziati hanno saputo che le alghe delle nevi causano questo scurimento, ma una domanda specifica è rimasta difficile da rispondere: l'oscuramento è causato semplicemente dal fatto di avere più alghe, o è causato dai colori specifici che queste alghe producono? Distinguere tra il mero numero di cellule e l'intensità del loro pigmento è stato quasi impossibile in natura, dove il vento, la temperatura e la struttura fisica della neve stessa cambiano costantemente.

Per risolvere questo enigma, i ricercatori si sono rivolti a un esperimento controllato che isolava la variabile del colore dalla variabile della quantità. Hanno lavorato con un tipo specifico di alga delle nevi noto come Haematococcus, che può esistere in diversi stadi di sviluppo e mostrare colori differenti. Gli scienziati hanno raccolto queste alghe e le hanno coltivate in modo da poter confrontare tre gruppi distinti: cellule simili a cisti verdi, cellule simili a cisti arancioni e cellule simili a cisti rosse. Fondamentalmente, si sono assicurati che il numero di cellule in ogni gruppo fosse identico e che fossero allo stesso stadio di sviluppo. Questa configurazione ha eliminato la consueta confusione riscontrata in natura, dove una chiazza di neve più scura potrebbe avere semplicemente più alghe piuttosto che alghe diverse. Utilizzando uno strumento specializzato che misura la luce attraverso l'intero spettro visibile, il team ha osservato come ogni colore di alga riflettesse la luce. Hanno scoperto che, man mano che le cellule passavano dal verde all'arancione e infine al rosso, la loro chimica interna cambiava. Le cellule rosse contenevano concentrazioni più elevate di un pigmento specifico chiamato astaxantina, mentre la quantità del pigmento verde, la clorofilla-a, rimaneva relativamente costante.

I risultati di questo confronto sono stati chiari e diretti. Quando i ricercatori hanno misurato la luce riflessa dai diversi campioni, hanno visto un drastico calo della riflettanza man mano che le alghe diventavano più rosse. Rispetto alle cellule verdi, le cellule arancioni riflettevano circa il 30 percento in meno di luce, e le cellule rosse riflettevano circa il 40 percento in meno. Questa riduzione non era casuale; la quantità totale di luce riflessa attraverso lo spettro visibile era strettamente legata a quanta astaxantina era presente. Più di questo pigmento rosso le cellule contenevano, più la neve appariva scura allo strumento. Questa scoperta fornisce la prima prova sperimentale diretta che il pigmento stesso è un motore primario dell'oscuramento della neve, indipendentemente da quante cellule siano presenti. Suggerisce che nel mondo naturale, il colore specifico delle alghe conta tanto quanto la densità della fioritura. Sebbene le condizioni sul campo rendano spesso difficile vedere chiaramente questo effetto a causa delle variazioni nella tessitura della neve e di altri fattori, l'esperimento conferma che l'accumulo di astaxantina è un meccanismo intrinseco che riduce la riflettanza. Di conseguenza, quando prevedono quanta neve si scioglierà a causa dell'attività biologica, gli scienziati devono considerare non solo la biomassa delle alghe, ma anche lo stato fisiologico delle cellule e i pigmenti specifici che stanno producendo.