Per gli organismi microscopici, le correnti oceaniche fungono da “superstrada” verso profondità più profonde

Pubblicato nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze e sulla base del lavoro sul campo durante tre crociere di ricerca tra il 2017 e il 2019, lo studio si concentra sulle regioni subtropicali del Mar Mediterraneo. Ha scoperto come alcuni microscopici organismi unicellulari che sono troppo leggeri per affondare oltre i 100 metri circa – come il fitoplancton e i batteri – finiscono per andare più in profondità nell’oceano dove non c’è abbastanza luce solare perché questi organismi fotosintetici possano crescere, vivere e mangiare. .

“Abbiamo scoperto che, poiché questi organismi sono così piccoli, possono essere trascinati dalle correnti oceaniche che li portano più in profondità rispetto a dove crescono”, ha detto Mara Freilich, assistente professore presso la Divisione di Matematica Applicata e il Dipartimento di Terra e Ambiente della Brown University. e Scienze Planetarie che hanno lanciato il lavoro come Ph.D. studente un programma congiunto al MIT e alla Woods Hole Oceanographic Institution. “Spesso è un viaggio di sola andata per questi organismi, ma intraprendendo questo viaggio, svolgono un ruolo fondamentale nel collegare diverse parti dell’oceano.”

Freilich ha condotto la ricerca durante il suo dottorato di ricerca. con Amala Mahadevan, scienziata senior presso Woods Hole, in una stretta collaborazione con la scienziata senior presso il Laboratorio biologico marino Alexandra Z. Worden e il suo team.

Le correnti trovate dal team sono chiamate intrusioni e, spazzando via i minuscoli organismi, aiutano a cambiare i tipi di cibo disponibili negli strati più profondi dell’oceano, trasportando anche una quantità significativa di carbonio dalla superficie dell’acqua. Ciò aiuta a nutrire altri organismi nella catena alimentare dell’oceano e aumenta la complessità dell’ecosistema a profondità maggiori, influenzando il modo in cui la vita e la chimica funzionano sott’acqua.

Nel complesso, lo studio sfida la comprensione convenzionale di come il carbonio, che viene trasformato in materia organica dalla fotosintesi nello strato soleggiato dell’oceano, viene trasportato in profondità.

“La maggior parte della fotosintesi – attraverso la quale la luce viene convertita in carbonio organico, una fonte di cibo per gli organismi viventi – avviene nei 50 metri superiori dell’oceano, quindi la domanda è sempre stata: come funziona il carbonio che viene fissato attraverso la fotosintesi? entrare nell’oceano profondo?” Freilich ha detto. “Si è sempre pensato che l’affondamento delle particelle ricche di carbonio fosse l’unica risposta a questa domanda. Ma ciò che abbiamo scoperto è che minuscoli organismi unicellulari rimangono intrappolati nel flusso oceanico per formare intrusioni… Tali intrusioni sono caratteristiche significative del oceano subtropicale: mentre si estendono per decine di chilometri lateralmente, scendono anche per centinaia di metri in verticale, portando con sé cellule e carbonio. Questo meccanismo non era stato preso in considerazione nelle precedenti stime del trasporto del carbonio.

I ricercatori hanno scoperto che le intrusioni si verificano tutto l’anno e hanno origine in aree ricche di biomassa, compresi i luoghi in cui gli organismi simili alle piante sono alle massime concentrazioni. In precedenza, si pensava che le correnti oceaniche trasportassero il carbonio in profondità solo stagionalmente. I ricercatori suggeriscono che queste intrusioni siano diffuse negli oceani subtropicali del mondo. Forniscono condotti per il trasporto continuo di carbonio e ossigeno dall’oceano illuminato dal sole alle profondità.

“Abbiamo osservato comunità microbiche che sembravano proprio comunità microbiche di superficie fino a 200 metri”, ha detto Freilich. “In altre regioni, pensiamo che questo potrebbe essere molto più profondo. Con nostra sorpresa abbiamo scoperto che la maggior parte dei microbi nelle intrusioni erano batteri che si nutrono del carbonio fissato dalle cellule fotosintetizzanti. Ciò ha dimostrato che la maggior parte della biomassa trasportata dal strati illuminati dal sole costituiti da microbi non fotosintetici.”

Nell’ambito di una collaborazione tra Stati Uniti, Spagna e Italia, gli scienziati hanno effettuato tre viaggi nell’oceano mediterraneo subtropicale per lo studio. Hanno utilizzato strumenti speciali per misurare proprietà come la temperatura dell’acqua, la salinità e l’abbondanza di minuscoli organismi a diverse profondità. Le analisi, condotte in collaborazione con l’ecologa microbica Alexandra Worden presso il Marine Biological Laboratory, hanno contribuito a mostrare le differenze tra i campioni di intrusione e le acque di fondo. Vedendo che le comunità microbiche nei campioni di intrusione più profondi somigliavano alle comunità microbiche superficiali ha dimostrato che venivano trasportate in profondità. I ricercatori hanno anche utilizzato modelli computerizzati per simulare le correnti oceaniche e rivelare come le comunità di minuscole piante e batteri si muovevano nell’acqua.

“Grazie ai dati provenienti dal Mediterraneo che stabiliscono questo processo di condotti tridimensionali come meccanismo per portare i microbi superficiali nell’oceano scuro in acque calde, siamo stati in grado di vedere tracce di esportazioni simili nelle principali regioni oceaniche aperte”, ha affermato Worden .

Oltre a sottolineare l’importanza ecologica delle intrusioni nel modellare la biodiversità oceanica, lo studio tocca anche il modo in cui le intrusioni potrebbero essere influenzate dai cambiamenti climatici. Si ritiene che man mano che gli oceani della Terra si surriscaldano, la proporzione di carbonio nelle minuscole cellule aumenterebbe e il trasporto nelle intrusioni potrebbe non essere influenzato come altri meccanismi che trasportano il carbonio in profondità. Le intrusioni cambiano la nostra comprensione di come il carbonio si muove nell’oceano e potrebbero aiutare a regolare lo stoccaggio del carbonio e le dinamiche microbiche nelle profondità dell’oceano.

“C’è molto altro da esplorare ora che abbiamo trovato questo”, ha detto Freilich. “Il passo successivo è prendere ciò che abbiamo imparato qui e determinare se possiamo usarlo per prevedere come i cambiamenti nella composizione della comunità microbica influenzerebbero il trasporto del carbonio e il ciclo globale del carbonio in un clima che cambia”.