Esperimenti polari rivelano il ciclo stagionale nelle alghe del ghiaccio marino antartico

Questo remoto ecosistema ospita gran parte della vita fotosintetica dell’Oceano Antartico. Un nuovo studio dell’Università di Washington fornisce le prime misurazioni di come le alghe del ghiaccio marino e altri organismi unicellulari si adattano a questi ritmi stagionali, offrendo indizi su cosa potrebbe accadere man mano che questo ambiente cambia a causa dei cambiamenti climatici.

Lo studio, pubblicato il 15 settembre sulla International Society for Microbial Ecology Giornale dell’ISMEcontiene alcune delle prime misurazioni di come i microbi del ghiaccio marino rispondono ai cambiamenti delle condizioni.

“Sappiamo molto poco su come i microbi del ghiaccio marino rispondono ai cambiamenti di salinità e temperatura”, ha detto l’autrice principale Hannah Dawson, una ricercatrice post-dottorato dell’UW che ha svolto il lavoro mentre perseguiva il suo dottorato in oceanografia all’UW. “E fino ad ora non sapevamo quasi nulla delle molecole che producono e utilizzano nelle reazioni chimiche per rimanere in vita, che sono importanti per sostenere gli organismi superiori nell’ecosistema e per gli impatti climatici, come lo stoccaggio del carbonio e la formazione di nuvole.”

Gli oceani polari svolgono un ruolo importante nelle correnti oceaniche globali e nel sostenere gli ecosistemi marini. I microbi costituiscono la base della rete alimentare, supportando forme di vita più grandi.

“Gli oceani polari costituiscono una parte significativa degli oceani del mondo e sono acque molto produttive”, ha affermato l’autore senior Jodi Young, assistente professore di oceanografia della UW. “Queste acque sostengono grandi sciami di krill, le balene che vengono a nutrirsi di quei krill, e anche orsi polari o pinguini. E l’inizio dell’intero ecosistema sono queste alghe microscopiche unicellulari. Sappiamo così poco di loro.”

Questi minuscoli organismi sono importanti anche per il clima, poiché eseguono silenziosamente la fotosintesi e assorbono il carbonio dall’atmosfera. Le alghe polari sono particolarmente brave a produrre molecole contenenti zolfo che conferiscono alle spiagge il loro odore caratteristico e, quando vengono sollevate nell’aria sotto forma di spruzzi marini, favoriscono la formazione di nuvole che possono ridurre la penetrazione dei raggi solari.

Il ghiaccio marino antartico, sebbene stabile da tempo, quest’anno è al minimo storico.

In altri oceani, gli strumenti satellitari possono catturare spettacolari fioriture stagionali di fitoplancton dallo spazio, ma ciò non è possibile per i microbi nascosti sotto il ghiaccio marino. E le acque antartiche sono particolarmente difficili da visitare, lasciando i ricercatori quasi senza misurazioni in inverno.

Alla fine del 2018, Dawson e la coautrice Susan Rundell si sono recati alla Palmer Station, una stazione di ricerca statunitense nella penisola antartica occidentale. Hanno usato una piccola barca per campionare l’acqua di mare e il ghiaccio marino negli stessi siti vicini ogni tre giorni.

Tornati a terra, i due studenti laureati hanno eseguito esperimenti di 10 giorni in vasche per vedere quali microbi crescevano man mano che la temperatura e la salinità venivano regolate per imitare la formazione e lo scioglimento del ghiaccio marino. Hanno anche rispedito i campioni a Seattle per misurazioni più complesse della genetica e dei metaboliti dei campioni, le piccole molecole organiche prodotte dalla cellula.

I risultati hanno rivelato il modo in cui le alghe unicellulari affrontano i loro ambienti fluttuanti. Quando la temperatura scende, le cellule producono crioprotettori, simili all’antigelo, per impedire la cristallizzazione del fluido cellulare. Molte delle molecole crioprotettrici più comuni erano le stesse in diverse forme di vita microbiche.

Quando la salinità cambia, per evitare di scoppiare nelle acque rinfrescanti o di seccarsi come l’uvetta in condizioni saline, le cellule cambiano la concentrazione di molecole organiche simili al sale. Molte di queste molecole svolgono un duplice ruolo come crioprotettori, per bilanciare le condizioni all’interno e all’esterno della cellula per mantenere l’equilibrio idrico.

I risultati mostrano che in caso di cambiamenti di temperatura e salinità a breve termine, la struttura della comunità in ciascun campione è rimasta stabile mentre si regolava la produzione di molecole protettive. Diverse specie microbiche hanno mostrato risposte coerenti al cambiamento delle condizioni. Ciò dovrebbe semplificare la modellazione delle risposte future al cambiamento climatico, ha affermato Young.

I risultati suggeriscono anche che la produzione di acidi grassi omega-3 potrebbe diminuire in ambienti a bassa salinità. Questa sarebbe una brutta notizia per i consumatori di integratori di olio di krill e per l’ecosistema marino che fa affidamento su questi nutrienti derivati ​​dalle alghe. La ricerca futura attualmente in corso da parte del gruppo UW mira a confermare questo risultato, in particolare con la prospettiva di aumentare l’apporto di acqua dolce derivante dallo scioglimento del ghiaccio marino e dei ghiacciai.

“Siamo interessati a come queste alghe del ghiaccio marino affrontano i cambiamenti di temperatura, salinità e luce in condizioni normali”, ha detto Dawson. “Ma poi abbiamo anche il cambiamento climatico, che sta rimodellando completamente il paesaggio in termini di quando si forma il ghiaccio marino, quanto ghiaccio marino si forma, quanto tempo rimane prima che si sciolga, nonché la quantità di acqua dolce immessa dai ghiacciai. Quindi stiamo entrambi cercando di catturare ciò che sta accadendo ora, e anche di chiederci come ciò possa informare ciò che potrebbe accadere in futuro.”

Lo studio è stato finanziato dalla National Science Foundation, dalla Simons Foundation e dalla Alfred P. Sloan Foundation. Altri coautori sono Anitra Ingalls, Jody Deming, Joshua Sacks e Laura Carlson dell’UW; Natalia Erazo, Elizabeth Connors e Jeff Bowman presso lo Scripps Institution of Oceanography; e Veronica Mierzejewski presso l’Arizona State University.