L'oceano sta assorbendo rapidamente l'anidride carbonica emessa nell'atmosfera dalla combustione di combustibili fossili e altre attività umane, con conseguente acque più calde e più acide. Secondo un nuovo studio, queste condizioni possono anche modificare il comportamento di minuscoli organismi marini essenziali per la salute degli oceani.

Gli scienziati del Lamont-Doherty Earth Observatory e i loro colleghi hanno scoperto che l'aumento dei livelli di anidride carbonica influenza l'attività di due microbi che vivono negli oceani, Proclorococco e Alteromonas, rompendo la loro utile collaborazione. Tali cambiamenti nelle interazioni interspecie possono avere un impatto sulla struttura e sulla funzione complessive di un ecosistema. La scoperta è fondamentale per fare previsioni più accurate su come il cambiamento climatico altererà l'oceano.

"Questa è una svolta che aiuterà gli scienziati a fare un lavoro migliore nel modellare l'ecosistema oceanico del futuro, " ha detto Gwenn Hennon, uno scienziato ricercatore post-dottorato Lamont-Doherty e autore principale dell'articolo, che è stato pubblicato martedì nel ISME Journal .

Lo studio si basa sul lavoro del 2015 di Dutkiewicz et al., che ha concluso che vaste aree dell'oceano dove ora domina il Prochlorococcus possono cambiare drasticamente a causa degli alti livelli di anidride carbonica e dell'acidificazione degli oceani; La scoperta di Hennon rivela uno dei potenziali motivi.

"Ciò che colpisce dello studio di Gwenn è che è la prima volta che siamo stati in grado di mostrare meccanicamente come l'anidride carbonica elevata influenzi la relazione tra questi microbi, " ha detto Sonya Dyhrman, un oceanografo microbico di Lamont-Doherty e coautore dell'articolo di Hennon. "Sappiamo che il Prochlorococcus ha bisogno di batteri ausiliari o non cresce bene, ma ora siamo in grado di vedere come questa partnership si rompe nelle future condizioni oceaniche".

Il proclorococco è l'organismo fotosintetico più piccolo e più abbondante del pianeta:in un cucchiaino di acqua di mare ci stanno circa un milione di cellule. Sebbene i microbi siano minuscoli, hanno un ruolo enorme nel mantenimento della salute e della produttività dell'oceano globale. Il proclorococco costituisce la base della rete trofica marina, fungendo da importante fonte di cibo per organismi unicellulari leggermente più grandi, consumati dalle specie a livelli trofici più elevati. Il microbo ha anche un ruolo cruciale nel ciclo globale del carbonio, contribuendo a regolare il clima terrestre intrappolando l'anidride carbonica, spostandolo attraverso la rete alimentare, e giù nell'oceano profondo.

Prochlorococcus è in grado di prosperare nelle condizioni povere di nutrienti che si trovano nelle vaste regioni dell'oceano aperto a causa di aiutanti microbici come Alteromonas, che si occupa di alcune attività che il piccolo Prochlorococcus non può svolgere da solo.

Per comprendere meglio la partnership tra Prochlorococcus e Alteromonas, Hennon e i suoi colleghi hanno coltivato i microbi insieme in laboratorio sotto la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera di oggi, 400 parti per milione. Hanno scoperto che i microbi coesistevano nello stesso modo in cui fanno nel livello superficiale dell'oceano. Alteromonas ha permesso a Prochlorococcus di prosperare pulendo il perossido di idrogeno in eccesso, un "radicale libero, " o molecola instabile che provoca danni alle cellule. Prochlorococcus manca del gene catalasi, un enzima che distrugge l'accumulo tossico del perossido di idrogeno, quindi si basa su batteri come Alteromonas per svolgere questo servizio.

I ricercatori hanno quindi utilizzato la loro fiorente comunità microbica per esaminare come gli organismi avrebbero interagito in un mondo ad alto contenuto di anidride carbonica con oceani più acidi. Quando Prochlorococcus e Alteromonas furono coltivati ​​a meno di 800 parti per milione - la quantità di anidride carbonica prevista nell'atmosfera entro il 2100 - Prochlorococcus aveva un tasso di mortalità maggiore e sembrava avere più radicali liberi. Ma la sorpresa è stata il modo in cui Alteromonas si è comportato nei confronti del Prochlorococcus.

"Sotto livelli più alti di anidride carbonica, Alteromonas non fornisce lo stesso livello di servizi ecosistemici. Comincia ad avere un rapporto più antagonistico con Prochlorococcus, "Ha detto Hennon.

Hennon e i suoi colleghi hanno monitorato l'espressione genica e altre attività per esaminare cosa è cambiato per i microbi cresciuti a 800 parti per milione. Hanno scoperto che Alteromonas rifiuta il suo gene "aiutante" della catalasi e, allo stesso tempo, scopre un gene che aumenta i radicali liberi che lo circondano. Prochlorococcus non è in grado di eliminare le tossine, che mette sotto stress le cellule. Hennon dice che Alteromonas può anche accelerare la scomparsa del Prochlorococcus muovendosi verso gli organismi mentre iniziano a morire e consumando le loro parti in disgregazione.

Dyhrman ha detto che scoprire che Alteromonas volta le spalle al Prochlorococcus è preoccupante.

"Se nessun altro batterio si fa avanti e riempie l'importante, utile ruolo di Alteromonas, questo cambiamento nell'interazione potrebbe avere un profondo effetto sulla crescita di Prochlorococcus, abbondanza, e attività nel futuro oceano, " ha detto. "Quando parli di un organismo che domina l'oceano globale, questo è un cambiamento significativo per l'ecosistema."

C'è un lato positivo nello sguardo al futuro fornito da questo studio. Man mano che gli scienziati migliorano la loro conoscenza delle interazioni interspecie nel mare, saranno meglio attrezzati per prevedere come sarà l'oceano alla fine del secolo.

"Questo studio è davvero un campanello d'allarme, " Ha detto Hennon. "Dobbiamo fare un lavoro migliore nell'includere informazioni come questa nei modelli per capire come il ciclo globale del carbonio, ecosistemi oceanici, e la pesca potrebbe cambiare in futuro. Se non facciamo questo lavoro ora, saremo accecati in futuro da questi cambiamenti ecologici."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.