Le diatomee sono un gruppo di alghe molto comune che si trova non solo nei corsi d'acqua dolce, fiumi e laghi, ma anche in acque marine. Questi organismi unicellulari sono particolarmente diffusi nelle acque dell'Oceano Antartico intorno all'Antartide. Dato un adeguato apporto di nutrienti e luce, le diatomee possono moltiplicarsi con una tale forza esplosiva da creare una "fioritura" di alghe.

Durante il loro rapido ciclo di crescita, le diatomee assorbono enormi quantità di oligoelementi e sostanze nutritive dallo strato idrico superficiale, soprattutto silicio per formare i loro gusci, e zinco, che svolge un ruolo fisiologico vitale nel loro sviluppo. Il forte esaurimento dei nutrienti causato dalla fioritura algale è più evidente nello strato d'acqua più alto e influenza la chimica di molti dei principali oceani del mondo, un fenomeno descritto da un team di ricercatori guidati da Derek Vance, Professore di Geochimica e Petrografia all'ETH di Zurigo, in un articolo pubblicato di recente sulla rivista accademica Geoscienze naturali .

Le diatomee consumano sostanze nutritive

I ricercatori possono monitorare la riproduzione di massa di questi organismi esaminando i profili di profondità della concentrazione di zinco e silicio nell'acqua di mare di diversi oceani:i profili sono identici per entrambi gli elementi, con un significativo esaurimento nel chilometro più alto della colonna d'acqua. La conclusione dello studio è che ciò è causato dall'attività biologica delle diatomee nello strato superficiale intorno all'Antartide, seguito dal trasporto delle masse d'acqua impoverite dai nutrienti risultanti verso altre parti dell'oceano nelle correnti.

Impoverito di sostanze nutritive, lo strato più alto dell'acqua scorre in direzione dell'equatore. Quando raggiunge una latitudine di circa 45-50 gradi, affonda sotto uno strato superficiale più caldo. Questo strato d'acqua medio si estende bene negli oceani settentrionali e non si mescola completamente con altri strati, e quindi rimane affamato di sostanze nutritive.

Non tutta l'acqua superficiale intorno all'Antartide scorre verso l'Equatore. Molto vicino allo stesso continente antartico, le acque superficiali diventano molto salate e dense a causa della formazione di ghiaccio marino. Quest'acqua densa sprofonda nell'abisso. Le alghe che fioriscono in superficie spesso finiscono in una sorta di morte di massa una volta esaurite tutte le sostanze nutritive. Quindi affondano in questo oceano profondo. Mentre affondano, alcune diatomee vengono anche "impacchettate" in particelle espulse da minuscole creature marine e, nelle profondità dell'oceano, le cellule si decompongono e rilasciano zinco e silicio nell'acqua di mare. Le correnti oceaniche profonde che viaggiano verso nord trasportano gli oligoelementi a 5000 metri sotto la superficie. Ciò consente allo zinco e al silicio di ricostituirsi.

L'acqua di fondo scorre in un ampio anello in direzione dell'Equatore e di nuovo verso l'Antartide, dove la risalita verticale trasporta i nutrienti arricchiti alla superficie dell'acqua inondata di luce, permettendo alle diatomee di iniziare un nuovo ciclo riproduttivo.

La contraddizione spiegata

L'idea di accoppiare il ciclo di vita delle diatomee con le correnti dominanti dell'Oceano Antartico consente inoltre ai ricercatori guidati dal professor Vance di risolvere il paradosso che i profili di profondità di silicio e zinco siano simili, anche se le due sostanze sono necessarie per parti diverse delle cellule.

Lo zinco è necessario per gli enzimi nella parte organica delle cellule, mentre il silicio viene utilizzato per formare il guscio inorganico. La parte organica delle diatomee dovrebbe decomporsi vicino alla superficie dell'acqua, e il guscio inorganico negli strati d'acqua inferiori. Questo dovrebbe teoricamente produrre diversi profili di profondità, ma tale fenomeno non viene osservato. I ricercatori ritengono che ciò sia dovuto al fatto che la decomposizione delle cellule morte non avviene nelle acque superficiali, ma solo una volta che queste cellule sono sprofondate a una profondità media. A questo livello, sia i componenti organici che inorganici si decompongono ei due oligoelementi vengono rilasciati nella stessa massa d'acqua.

Esattamente perché le diatomee assorbono quantità relativamente grandi di zinco, anche se hanno bisogno di poco, non è ancora chiaro, secondo il professore dell'ETH. Una possibile spiegazione è che gli organismi abbiano proteine ​​di trasporto che convogliano il ferro nutriente essenziale nella cellula. L'acqua di mare contiene pochissimo ferro, però. "Per poter assorbire quanto più ferro possibile, queste proteine ​​di trasporto sono forse iperattive. Come effetto collaterale, assorbono anche ioni metallici (non specificamente) che hanno una doppia carica positiva, compreso lo zinco, " spiega il professor Vance.

In una spedizione per raccogliere diatomee

Per verificare questa ipotesi, uno dei dottorandi di Vance e due postdoc partecipano all'attuale spedizione antartica circumpolare dell'Istituto Polare Svizzero. Raccoglieranno campioni di acqua di mare e coltiveranno le diatomee nell'acqua in diverse condizioni di nutrienti nel laboratorio di bordo. Gli scienziati fertilizzeranno alcune delle diatomee con ferro, Per esempio, per studiare l'effetto che questo oligoelemento ha sulla crescita cellulare. L'analisi chimica del guscio e delle celle verrà eseguita solo dopo la spedizione, al Politecnico di Zurigo, poiché è necessario uno spettrometro di massa speciale per misurare le quantità estremamente piccole di oligoelementi nei gusci di diatomee.

Comprendere come le diatomee influenzano i cicli dei nutrienti negli oceani del mondo aiuta gli scienziati a valutare le potenziali conseguenze del cambiamento climatico. "Se il riscaldamento globale provoca l'aumento della temperatura o la diminuzione del contenuto di sale dell'acqua di mare, anche le correnti oceaniche e la distribuzione di oligoelementi e nutrienti potrebbero cambiare, che a sua volta influenzerebbe le diatomee e la loro attività biologica" sottolinea il professor Vance.