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Oct 09, 2023

Acclimatazione di un corallo

Communications Biology volume

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 66 (2023) Citare questo articolo

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L’acidificazione degli oceani causata dai cambiamenti nella chimica dei carbonati oceanici derivanti dall’aumento delle concentrazioni atmosferiche di CO2 sta minacciando molti organismi calcificanti, compresi i coralli. Qui abbiamo valutato i cambiamenti di autotrofia vs eterotrofia nel corallo zooxantellato scleractinico mediterraneo Balanophyllia europaea acclimatato a condizioni di basso pH/alta pCO2 presso uno sfiato di CO2 al largo dell'isola di Panarea (Italia). Le densità di endosimbionti dinoflagellati erano più elevate nei siti con pH più basso in cui sono stati osservati cambiamenti nella distribuzione di aplotipi distinti di una specie simbionte specifica dell'ospite, Philozoon balanophyllum. Un aumento dei rapporti C/N dei simbionti è stato osservato a pH basso, probabilmente come risultato di una maggiore fissazione di C da parte di densità di cellule simbionti più elevate. I valori δ13C dei simbionti e del tessuto ospite hanno raggiunto valori simili nel sito con pH più basso, suggerendo una maggiore influenza dell'autotrofia con l'aumento dell'acidificazione. Valori δ15N del tessuto ospite pari a 0‰ suggeriscono fortemente che la fissazione dell'N2 del diazotrofo si verifica all'interno del tessuto/muco del corallo nei siti a basso pH, probabilmente spiegando la diminuzione dei rapporti C/N del tessuto ospite con l'acidificazione. Nel complesso, i nostri risultati mostrano un’acclimatazione di questo mutualismo corallo-dinoflagellato attraverso l’aggiustamento trofico e le differenze dell’aplotipo simbionte con l’aumento dell’acidificazione, evidenziando che alcuni coralli sono in grado di acclimatarsi all’acidificazione dell’oceano prevista negli scenari di fine secolo.

La caratteristica distintiva dell’era dell’Antropocene1 è l’emergere delle attività umane come forza trainante del cambiamento globale2, che si sta verificando a un ritmo che solleva preoccupazioni sulla capacità dell’adattamento degli organismi di tenere il passo con le condizioni ambientali in rapido cambiamento3. I fattori di stress associati al riscaldamento e all’acidificazione degli oceani sono tra i cambiamenti antropogenici più diretti e pervasivi per il biota marino, compresi i coralli4. La diminuzione del pH da ca. 8.2 prima della rivoluzione industriale a ca. 8.1 con un raddoppio della CO2 sta portando ad un graduale calo dello stato di saturazione del carbonato di calcio nell'acqua di mare5. Si prevede che questo fenomeno abbia un impatto negativo sulla capacità dei coralli di calcificarsi6,7. Tuttavia, prove empiriche, in termini, ad esempio, di selezione naturale di simbionti batterici e/o dinoflagellati tolleranti e di regolazione differenziale dei geni di risposta allo stress ambientale8,9, suggeriscono una capacità sottovalutata dei coralli di acclimatarsi e adattarsi geneticamente ai cambiamenti ambientali10. In effetti, questi antichi organismi sono sopravvissuti, si sono evoluti e si sono adattati nel corso di centinaia di milioni di anni di cambiamenti climatici globali11,12,13,14.

La simbiosi tra i coralli sclerattinici e le loro microalghe dinoflagellate (famiglia Symbiodiniaceae), comunemente denominate zooxantelle, è stata ampiamente studiata15,16,17. Le zooxantelle contribuiscono in modo significativo al bilancio energetico dell'ospite fornendo carbonio fissato fotosinteticamente16 e riciclando i sottoprodotti della respirazione e dell'escrezione dell'ospite18. In tale simbiosi, sia il carbonio che l'azoto possono essere ottenuti tramite eterotrofia e autotrofia e vengono riciclati tra l'ospite e i simbionti dinoflagellati19,20. In generale, la simbiosi fornisce la maggior parte del carbonio necessario per la respirazione21, mentre la predazione sullo zooplancton e sulla materia organica particellare è ancora necessaria per soddisfare i fabbisogni di azoto e fosforo16. Tuttavia, il contributo relativo dell’eterotrofia rispetto all’autotrofia sulla nutrizione dell’ospite varia a seconda delle specie, delle popolazioni, degli ambienti e/o dell’ontogenesi22.

Una limitazione critica per molti studi sperimentali è stata quella di replicare la velocità (decenni) e le scale biologiche (ecosistemi) con cui opera l’acidificazione degli oceani. Gli sfiati naturali di CO2 acidificano l'acqua di mare circostante creando condizioni chimiche dei carbonati che imitano le future previsioni sull'acidificazione degli oceani23,24,25, anche se con un'ampia variabilità a breve termine26,27,28. Studiando le popolazioni naturali che vivono lungo i transetti che si irradiano dalle fonti di CO2, questi sistemi consentono di sostituire il tempo con lo spazio, fornendo preziose informazioni sull’acclimatazione e sull’adattamento all’acidificazione degli oceani29. Questo studio è stato condotto su popolazioni naturali del corallo zooxantellato scleractiniano Balanophyllia europaea che vive in una bocca vulcanica di CO2 vicino all'isola di Panarea (Italia). Questo cratere sottomarino a 10 m di profondità rilascia emissioni gassose persistenti (98-99% di CO2 senza composti tossici rilevabili strumentalmente), determinando un gradiente di pH stabile a temperatura ambiente30 con condizioni di acidificazione dell'oceano previste per il 2100 in scenari IPCC conservativi e peggiori31,32 . Con la diminuzione del pH, B. europaea mostra un calo della densità di popolazione33 e dei tassi netti di calcificazione, quest'ultimo come risultato di una maggiore porosità scheletrica, mentre il tasso di estensione lineare viene preservato24, consentendo al corallo di raggiungere le dimensioni alla maturità sessuale28. Inoltre, B. europaea mantiene invariato il polimorfo scheletrico del carbonato di calcio, il contenuto della matrice organica, lo spessore delle fibre di aragonite e la durezza scheletrica, il pH del fluido calcificante e la calcificazione grossolana con una diminuzione del pH34.