La piccola alga che sopravvivrà all’acidificazione degli oceani e al global warming

[16 settembre 2014]

Dalla Germania arriva una buona notizia: la più importante alga calcificante degli oceani del mondo è in grado di adattarsi, attraverso l’evoluzione, contemporaneamente all’aumento delle temperature dell’acqua e all’acidificazione degli oceani. Un esperimento a lungo termine, unico nel suo genere, sull’Emiliania huxleyi realizzato al GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung di Kiel e che dimostra che il potenziale evolutivo delle alghe è molto maggiore di quanto si pensasse.

Nell’esperimento i ricercatori di GEOMAR e del  Thünen-Instituts für Seefischerei hanno dimostrato per la prima volta che «Gli adattamenti evolutivi a fattori di stress multipli non necessariamente interferiscono tra loro» e sono convinti che «Ulteriori lavori riveleranno come l’evoluzione nei microbi oceanici possa influenzare la funzione del mare nell’assorbimento di anidride carbonica nel mare profondo e se i risultati di laboratorio possono essere tradotti nell’ambiente marino naturale».

Il principale autore dello studio, Lothar Schlüter del GEOMAR, sottolinea: «Anche se l’esperimento è stato condotto in condizioni di laboratorio, mostra chiaramente l’elevato potenziale di adattamento evolutivo in un microbo oceanico come Emiliania huxleyi. Ora che è stato dimostrato, le previsioni sul futuro dell’oceano dovranno sicuramente prendere in considerazione tali cambiamenti adattativi.

Lo studio “Adaptation of a globally important coccolithophore to ocean warming and acidification” Nature Climate Change è stato finanziato dal Kiel Cluster of Excellence “The Ocean Future” e dal network di ricerca tedesco  Biological Impacts of Ocean Acidification (Bioacid) e i risultati verranno presentati sul numero di ottobre di Nature Climate Change.

Lo studio è cominciato isolando una singola cellula di Emiliania huxleyi nel  Raunefjord in Norvegia e, visto che in laboratorio l’alga si riproduce circa una volta al giorno per divisione cellulare, quindi numerose culture geneticamente identiche sono state derivate dalla cellula isolata. Cinque culture sono state mantenute in condizioni di controllo a 15° C e in acqua a 26° C, in combinazione con tre diverse concentrazioni di CO2: le condizioni attuali; le condizioni del “worst case scenario” dell’ Intergovernmental Panel on Climate Change e il più alto livello possibile di acidificazione.

Il team di ricerca tedesco, spiega ancora: «Dopo un anno – corrispondente a circa 460 generazioni di alghe – gli scienziati hanno verificato come le popolazioni adattate e di controllo hanno reagito alla temperatura elevata all’interno di intervalli di cinque giorni: Le popolazioni adattate sono cresciute significativamente più velocemente  rispetto a quelle non adattate a 26 gradi, a prescindere dal livello di anidride carbonica». Le colture di alghe adattate alle alte temperature hanno anche prodotto più nuova biomassa e circa il doppio delle piastrine di calcite rispetto al gruppo di controllo. Quindi queste piccolissime alghe, un elemento alla base della catena alimentare, sarebbero in grado di evolversi per sopravvivere alle condizioni ambientali previste per la metà del XXII secolo.

I  ricercatori sono giunti alla conclusione sorprendente che le culture che per un anno erano state esposte contemporaneamente al livello più alto di CO2 ed alle temperature più alte, si adattano più  velocemente alle temperature appena superiori. Schlüter conclude: «A quanto pare, durante diverse centinaia di generazioni, quelle nuove mutazioni che sono vantaggiosa in condizioni sia di acidificazione che di riscaldamento degli oceani sono emerse e si sono fatte largo attraverso la popolazione».

La notizia solleva molte speranze: le  alghe unicellulari calcificanti, come Emiliania huxleyi, svolgono un ruolo importante nel trasporto di carbone fino alle profondità oceaniche. Per questo i ricercatori hanno analizzato, dopo la fase di adattamento, il rapporto delle piastrine calcite inorganiche con il carbonio organico all’interno delle cellule e ne è venuto fuori che era quasi lo stesso di quello della popolazione di controllo nelle condizioni oceaniche attuali. Secondo  Thorsten Reusch, r ecologo evolutivo di GEOMAR, «Questo significa che le alghe evolutivamente adattate presentano lo stesso peso specifico di quelle originarie della colture isolate nelle condizioni attuali. Gli oceanografi chiamano questo effetto zavorra: il trasporto di carbonio verso l’interno tramite affondamento nell’oceano di cellule morte o pellet fecali, dove viene conservato per un tempo molto lungo. La funzione del mare come pozzo di carbonio, che mitiga gli effetti dei cambiamenti climatici, sarà quindi effettivamente mantenuta».

Nel 2012, ecologi evolutivi di GEOMAR avevano dimostrato per la prima volta che Emiliania huxleyi è in grado di adattarsi all’acidificazione degli oceani attraverso l’evoluzione. Da allora si sono ripetuti ed affinati gli esperimenti di laboratorio, «Ora nei nostri laboratori stiamo eseguendo l’esperimento più lungo e complesso a livello mondiale su questo tema –  dice Reusch – I risultati di laboratorio vengono  ora integrati nei modelli biogeochimici, che calcolano la produttività del mare del futuro ed i limiti dello stoccaggio del carbonio . Inoltre, le conclusioni sull’adattamento evolutivo vengono inseriti in una ricerca sui futuri cambiamenti nelle specie di  fitoplancton».

LO stesso Reusch però avverte che i risultati dello studio non dovrebbero essere utilizzati per formulare ipotesi sulla capacità di altri organismi oceanici di sopravvivere ai cambiamenti climatici. Ci sono stati diversi studi che hanno messo in guardia sui  pericoli che creature marine si trovano ad affrontare a causa del cambiamento climatico,  compreso quello di non aver più timore dei predatori  o di diventare confusi ed iperattivi.  Ad esempio, il  Krill antartico, una componente chiave della catena alimentare marina, è particolarmente sensibile  all’acidificazione ed al riscaldamento degli oceani ed ha bisogno che l’acqua delle profondità marine sia stabile dal punto di vista termico e del contenuto di acidità per permettere alle sue uova di schiudersi e crescere con successo, quindi la loro sopravvivenza è minacciata dal global warming.

Anche altri crostacei e molluschi e crostacei sono a rischio   acidificazione degli oceani che compromette la formazione di conchiglie e carapaci e ostacola la crescita delle loro larve.  Negli Usa la molluschicoltura è già in crisi per gli impatti dei cambiamenti climatici e la Goose Point Oyster di Willapa Bay, nello Stato di Washington, ha trasferito l’intero processo di allevamento di larve di ostriche alle Hawaii, dopo la moria delle larve del 2006 provocata dall’elevata acidità al largo della costa di Washington.

Nel 2013 i ricercatori dell’International Programme on the State of the Ocean hanno scoperto che gli oceani del mondo sono attualmente più acidi rispetto agli ultimi 300 milioni di anni e che con questo livello di acidità “senza precedenti” «Stiamo entrando in un territorio sconosciuto del cambiamento dell’ecosistema marino ed esponendo gli organismi ad un’intollerabile pressione evolutiva. La prossima estinzione di massa potrebbe essere già iniziata».

Ma lo studio tedesco sulla Emiliania huxleyi  ed altre ricerche sugli impatti del cambiamento climatico sugli oceani lasciano qualche speranza, come lo studio pubblicato a luglio che ha scoperto che i pesci pappagallo proteggono gli altri erbivori corallini, come i ricci, e che questo può drasticamente migliorare la salute delle barriere coralline, gli ecosistemi più gravemente minacciati dal cambiamento climatico, o la ricerca che a maggio  ha sottolineato che la buona gestione ambientale delle  barriere può renderle resilienti ed addirittura farle recuperare rapidamente da eventi di sbiancamento dei coralli.