L’effetto del petrolio sui mammiferi marini è strettamente legato all’importanza della pelliccia e della termoregolazione per alcune specie. Di conseguenza, animali come le lontre e gli orsi polari sono i più vulnerabili agli effetti delle fuoriuscite di petrolio. Il contatto diretto con questa sostanza può anche causare problemi agli occhi degli organismi. Inoltre, l’inalazione dei fumi tossici del petrolio può danneggiare il sistema respiratorio e nervoso dei mammiferi, influenzando negativamente il loro comportamento. L’ingestione di acqua contaminata dal petrolio può causare problemi digestivi, con conseguenze dirette sul fegato e sui reni degli animali. 

I coralli sono molto sensibili e risentono notevolmente dei danni causati dalle fuoriuscite di petrolio. Gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) presenti nella composizione di questa sostanza oleosa sono tossici per le barriere coralline, rallentandone la crescita, lo sviluppo e le capacità riproduttive. L’inquinamento associato alle fuoriuscite di petrolio rende inoltre i coralli più vulnerabili allo sbiancamento. Lo stress causato dalla contaminazione da petrolio può infatti portare i coralli a espellere le loro alghe simbiotiche (zooxantelle), che forniscono energia, colore, ossigeno e zuccheri ai coralli. Senza queste alghe, i coralli perdono la loro fonte di energia primaria e i loro colori vivaci, con conseguente riduzione della crescita, del tasso riproduzione e, nei casi peggiori, portando l’organismo alla morte.

I microbi marini sono microrganismi, di dimensioni inferiori a 0,1 mm, che vivono negli ecosistemi acquatici. Costituiscono circa il 70% di tutta la biomassa marina, il che li classifica come essenziali per il mantenimento dell’ambiente marino. I microbi marini si riferiscono a un’ampia gamma di microrganismi, tra cui batteri, archei, virus e funghi, ognuno dei quali svolge un ruolo unico nei processi oceanici. 

In particolare, i batteri e i funghi sono in grado di scomporre gli idrocarburi in caso di fuoriuscita di petrolio. 

I batteri marini sono organismi procarioti, fondamentali nel ciclo dei nutrienti e nella scomposizione della materia organica negli ecosistemi acquatici. I funghi marini, che si trovano su alghe, fanerogame, barriere coralline e mangrovie, sono organismi microscopici che svolgono un ruolo cruciale nella decomposizione del materiale organico e formano relazioni simbiotiche con altri organismi. Insieme, questi microbi sono responsabili dell’equilibrio della vita negli ecosistemi marini: svolgono un ruolo significativo nel ciclo globale del carbonio e dei nutrienti, mitigando il cambiamento climatico e producendo più del 50% dell’ossigeno sulla Terra. 

I funghi marini sono i principali microrganismi coinvolti nella decomposizione del petrolio, con oltre 103 gruppi tassonomici in grado di degradare gli idrocarburi, mentre i batteri comprendono 79 gruppi tassonomici attivi in questo processo. I microbi marini sono in grado di scomporre il petrolio grazie alla presenza di enzimi e vie metaboliche appositamente adattate alla decomposizione degli idrocarburi presenti nella composizione di questa sostanza.
Alcuni microbi, infatti, possono utilizzare il petrolio come unica fonte di energia per la propria crescita e riproduzione. Questo processo biochimico è chiamato reazione enzimatica e consente alle proteine prodotte dai microrganismi marini di catalizzare la scomposizione delle molecole di petrolio in composti più semplici.

La degradazione microbica può essere aerobica o anaerobica, a seconda della presenza di ossigeno. Infatti, i microbi marini possono biodegradare gli idrocarburi anche in assenza o a livelli limitati di ossigeno, come ad esempio intorno alle oasi idrotermali profonde o ai sedimenti. Durante la degradazione anaerobica, i microbi utilizzano accettori di elettroni alternativi, come il nitrato (NO₃-) o il solfato (SO₄²-), al posto dell’ossigeno. Ciò comporta un processo più lento e meno efficiente rispetto alle condizioni aerobiche.

I microbi marini sono in grado di biodegradare fino al 60% del petrolio greggio, a seconda di fattori fisici e chimici, della composizione del petrolio e dei microbi stessi. La biodegradazione, a seconda delle condizioni aerobiche o anaerobiche, avviene in 1-3 settimane. Vale la pena notare che nessun singolo microbo marino è in grado di degradare completamente il petrolio, poiché quest’ultimo è una miscela complessa di vari idrocarburi, tra cui alcani, aromatici e resine, ognuno dei quali richiede processi enzimatici diversi per la degradazione. Tuttavia, le comunità microbiche, con le loro diverse capacità enzimatiche, svolgono un ruolo essenziale nel biorisanamento del petrolio, minimizzandone gli effetti negativi e riducendo significativamente la tossicità per gli ecosistemi marini.

La biodegradazione del petrolio da parte dei microbi marini è influenzata da una serie di fattori ambientali, microbici e legati al petrolio. 

• FATTORI AMBIENTALI
La temperatura è un aspetto essenziale del processo di biorisanamento, poiché il miglior tasso di biodegradazione si raggiunge con una temperatura dell’acqua di circa 24°C, mentre temperature estreme possono rallentare l’attività microbica. Anche il pH dell’ambiente è importante: la maggior parte dei batteri che degradano il petrolio prospera in un ambiente da neutro a leggermente alcalino (intervallo di pH 6,5-7,5), e le deviazioni da questo intervallo possono diminuire la loro attività. Come accennato in precedenza, anche la presenza di ossigeno rappresenta una differenza significativa, perché in un ambiente aerobico il processo avviene in modo molto più rapido ed efficiente rispetto a un ambiente anaerobico. Anche la presenza di nutrienti, come azoto e fosforo, è molto importante per l’attività microbica, poiché i microrganismi possono scomporre l’olio solo in presenza di altri nutrienti. Di conseguenza, se i livelli di nutrienti nell’acqua sono bassi, la decomposizione dell’olio sarà più lenta. 

• FATTORI MICROBICI
Microbi differenti sono specializzati nella degradazione delle diverse componenti del petrolio, pertanto, una comunità microbica diversificata è necessaria per una biodegradazione più rapida ed efficiente. Le comunità microbiche, infatti, possono lavorare su una gamma più ampia di idrocarburi rispetto a un singolo microbo. Anche le capacità metaboliche dei diversi microbi possono variare: alcuni batteri producono enzimi speciali, come l’ossigenasi o la disidratasi, che aiutano a scomporre gli idrocarburi più complessi. 

• FATTORI LEGATI AL PETROLIO
Quanto più leggero è l’olio (benzina, cherosene, diesel, lubrificanti leggeri), tanto più rapida è la decomposizione, ma alcuni idrocarburi possono anche non decomporsi affatto. Le frazioni pesanti del petrolio, come le resine, possono sopravvivere per migliaia di anni nell’oceano! L’efficienza della degradazione microbica è massima per gli idrocarburi con catene di carbonio tra 6 e 24 atomi, perché sono caratterizzati da una minore tossicità, dimensioni e struttura ottimali e un migliore adattamento microbico. Il miglioramento delle strategie di biodegradazione per catene più lunghe spesso comporta tecniche come la biostimolazione (aggiunta di nutrienti) o la bioaugmentation (introduzione di microbi specializzati).

La presenza di una fuoriuscita di petrolio fornisce un ambiente ricco di nutrienti per specifici microbi marini, facendoli crescere e riprodurre rapidamente. Man mano che i microbi decompongono il petrolio, la concentrazione della sostanza nell’acqua diminuisce, riducendo il livello di tossicità dell’ecosistema marino inquinato. Successivamente, man mano che la quantità di petrolio diminuisce, la comunità microbica viene gradualmente sostituita da organismi più semplici in grado di elaborare prodotti organici più semplici. Questo porta al ripristino dell’ecosistema microbico originale nell’area interessata.

• Ninety Percent of the World’s Oil Slicks Are Caused by Humans, Not Nature – Eos https://eos.org/articles/ninety-percent-of-the-worlds-oil-slicks-are-caused-by-humans-not-nature 
• Effects of oil pollution on the marine environment – ITOPF https://www.itopf.org/fileadmin/uploads/itopf/data/Documents/TIPS_TAPS_new/TIP_13_Effects_of_Oil_Pollution_on_the_Marine_Environment.pdf 
• Marine microorganisms – Wikipedia  https://en.wikipedia.org/wiki/Marine_microorganisms  
• The biomass distribution on Earth – PNAS https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1711842115 
• Prokaryotic cells – Khan Academy https://www.khanacademy.org/science/biology/structure-of-a-cell/prokaryotic-and-eukaryotic-cells/a/prokaryotic-cells 
• Soil Microbiology, Ecology and Biochemistry (Fifth Edition) – Chapter 3 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822941-5.00003-X 
• Archaea – Britannica https://www.britannica.com/science/archaea 
• The Biomass Composition of the Oceans: A Blueprint of Our Blue Planet  https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)31274-7 
• Eukaryote – Brittanica https://www.britannica.com/science/eukaryote 
• How much oxygen comes from the ocean? – NOAA  https://oceanservice.noaa.gov/facts/ocean-oxygen.html 
• Petroleum Hydrocarbon-Degrading Bacteria for the Remediation of Oil Pollution Under Aerobic Conditions: A Perspective Analysis https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2018.02885/full
• Effect of Initial pH on the Bioremediation of Crude Oil Polluted Water Using a Consortium of Microbes https://www.researchgate.net/publication/263847362_Effect_of_Initial_pH_on_the_Bioremediation_of_Crude_Oil_Polluted_Water_Using_a_Consortium_of_Microbes 
• Marine Oil-Degrading Microorganisms and Biodegradation Process of Petroleum Hydrocarbon in Marine Environments: A Review  http://dx.doi.org/10.1007/s00284-015-0825-7