Coltivando microrganismi nella sabbia, i ricercatori hanno ottenuto un materiale capace di ridurre di circa sei volte la perdita d’acqua. In un secondo esperimento, sottili fogli di cellulosa batterica inseriti tra strati di sabbia hanno abbassato di circa 28 volte la permeabilità all’acqua rispetto alla sabbia non trattata. I risultati, ottenuti in laboratorio, sono stati pubblicati sulla rivista Carbohydrate Polymers da un gruppo della Khalifa University, negli Emirati Arabi Uniti, dell’istituto svizzero Empa e del Politecnico federale di Zurigo (ETH).
Nel suolo, radici, filamenti dei funghi e fibre prodotte dai microrganismi contribuiscono a tenere unite le particelle. Il gruppo ha verificato se reti microscopiche simili potessero consolidare la sabbia e cambiare il modo in cui l’acqua la attraversa.
Gli esperimenti hanno coinvolto il batterio produttore di cellulosa Komagataeibacter medellinensis e due ceppi del fungo Schizophyllum commune. I due ceppi appartengono alla stessa specie, ma crescono in modo diverso. La cellulosa, una sostanza che dà resistenza alle pareti delle cellule vegetali, è prodotta anche da alcuni batteri: le loro fibre sottilissime possono formare una rete attorno alle particelle vicine.
Per le prove è stata usata sabbia raccolta sulle dune vicino ad Al Ain, negli Emirati Arabi Uniti, e, in alcuni test di resistenza, sabbia standardizzata da laboratorio. Prima di aggiungere i microrganismi e le soluzioni nutritive, i ricercatori hanno sterilizzato la sabbia. Le immagini al microscopio hanno mostrato le fibre di cellulosa batterica aderire ai granelli e collegare quelli adiacenti.
«Si crea una sorta di materiale composito naturale», ha dichiarato Gustav Nyström, responsabile del laboratorio Cellulose and Wood Materials di Empa. I campioni trattati con i batteri sono risultati più resistenti di quelli ottenuti con i funghi. Dopo sette giorni, una colonna di sabbia alta circa 6 centimetri era abbastanza compatta da poter essere estratta dallo stampo e tagliata. I pezzi sono rimasti integri anche immersi nell’acqua. I funghi hanno legato i granelli, ma i campioni erano più fragili: alcuni si sono rotti durante l’estrazione o il taglio dopo l’essiccazione.
Nel secondo approccio, i ricercatori hanno coltivato separatamente sottili fogli di cellulosa e li hanno inseriti tra strati di sabbia. I fogli hanno funzionato da rinforzo, distribuendo la forza applicata al materiale. In una dimostrazione con un carico di 10 chilogrammi, un cubo di sabbia non trattata è collassato molto più di uno rinforzato con cellulosa. In generale, i fogli coltivati più a lungo hanno prodotto campioni più resistenti.
Per misurare la permeabilità, cioè la velocità con cui l’acqua attraversa la sabbia, il gruppo ha versato acqua in tubi riempiti di materiale e ha cronometrato quanto impiegava a defluire dal fondo. Sono stati confrontati campioni di sabbia non trattata, sabbia con fibre cresciute tra i granelli e sabbia con un foglio di cellulosa coltivato separatamente. Ogni gruppo comprendeva tre campioni replicati. Il foglio ha ridotto la permeabilità a circa un ventottesimo del valore misurato nella sabbia non trattata; le fibre cresciute direttamente nella sabbia l’hanno ridotta di circa sei volte.
I ricercatori hanno misurato anche la quantità d’acqua trattenuta. Nella sabbia con fibre cresciute tra i granelli, il valore è salito da circa il 20,2% al 25,5%, un aumento che gli scienziati definiscono modesto. Secondo il gruppo, le fibre microbiche potrebbero offrire alternative biodegradabili ad alcuni materiali sintetici usati per stabilizzare il suolo. Legami più forti tra i granelli potrebbero inoltre contribuire a limitare l’erosione causata dal vento, ma gli esperimenti non hanno misurato le emissioni di polveri.
«Questo approccio ci permette di introdurre materia organica e acqua nella sabbia e di stabilizzarla in una certa misura», ha dichiarato Nyström. Nella sezione dello studio dedicata ai conflitti di interesse, tre ricercatori — Blaise Tardy, M-Haidar A. Dali e Mohamed Hamid Salim — hanno dichiarato di aver depositato una domanda di brevetto ancora in attesa di approvazione.
Il lavoro è uno studio di laboratorio: i microrganismi hanno ricevuto acqua e sostanze nutritive in condizioni controllate e la loro crescita richiedeva ossigeno. Inoltre, la crescita batterica è stata disomogenea lungo la colonna di sabbia, con una parte superiore molto più debole di quella inferiore. Gli esperimenti non hanno verificato come crescano le colture in condizioni reali né per quanto tempo il materiale possa resistere nell’ambiente desertico.
