Sciami di minuscoli organismi oceanici noti collettivamente come zooplancton possono avere un'influenza enorme sul loro ambiente. Una nuova ricerca a Stanford mostra che gruppi di individui lunghi un centimetro, ciascuno battendo minuscole zampe piumate, Potere, in aggregato, creare potenti correnti che possono mescolare l'acqua a centinaia di metri di profondità.

Sebbene il lavoro sia stato svolto in laboratorio, la scoperta è la prima a dimostrare che la migrazione dello zooplancton – o addirittura di qualsiasi organismo – può creare turbolenze su una scala abbastanza grande da mescolare le acque dell'oceano. Il lavoro potrebbe alterare il modo in cui gli scienziati oceanici pensano ai cicli globali dei nutrienti come il carbonio, fosfato e ossigeno, o anche le correnti oceaniche stesse.

"Le dinamiche oceaniche sono direttamente collegate al clima globale attraverso le interazioni con l'atmosfera, " ha detto John Dabiri, professore di ingegneria civile e ambientale e di ingegneria meccanica. "Il fatto che gli animali nuotatori possano svolgere un ruolo significativo nella miscelazione degli oceani - un'idea che è stata quasi eretica nell'oceanografia - potrebbe quindi avere conseguenze ben oltre le acque immediate in cui risiedono gli animali".

Dabiri, che era autore senior del lavoro pubblicato il 18 aprile in Natura , ha aggiunto che i risultati potrebbero anche aiutare gli scienziati a capire come l'oceano trattiene l'anidride carbonica dall'atmosfera e portare ad aggiornamenti nei modelli climatici oceanici.

"In questo momento molti dei nostri modelli climatici oceanici non includono l'effetto degli animali o se lo fanno è come partecipanti passivi al processo, "Dabiri ha detto.

Acque agitate

Uno dei più comuni zooplancton, i krill sono tra gli organismi marini più abbondanti e migrano quotidianamente in sciami giganti, si dirige a centinaia di metri di profondità di giorno e fino alla superficie dell'oceano di notte per nutrirsi.

Dabiri sapeva che in termini di forze che guidano il mescolamento degli oceani, si pensa che le correnti di vento e maree svolgano il ruolo più importante. Ma si chiedeva se potessero essere coinvolte anche migrazioni di zooplancton giganti - un'idea proposta per la prima volta dall'oceanografo Walter Munk nel 1966, e da allora dibattuto ma mai sistematicamente esplorato.

Dabiri e la studentessa Isabel Houghton hanno cercato di rispondere a questa domanda non nell'oceano ma nell'ambiente relativamente controllato dei grandi serbatoi d'acqua del laboratorio. La coppia ha lavorato con Jeffrey Koseff e Stephen Monismith, professori di ingegneria civile e ambientale esperti di miscugli oceanici, per creare ambienti di flusso che imitano l'oceano con acqua più salata sul fondo del serbatoio e acqua meno salata sulla parte superiore. Il gradiente risultante rispecchia le condizioni oceaniche che qualsiasi organismo avrebbe bisogno di interrompere per far circolare i nutrienti tra la superficie dell'oceano e l'acqua in profondità.

"Non c'è apprezzabile miscelazione profonda di ossigeno o anidride carbonica nell'oceano se non si riesce a superare l'influenza stabilizzante della salinità e dei gradienti di temperatura, " ha detto Kosef.

Nel laboratorio, il gruppo stava cercando di vedere se i minuscoli organismi che hanno studiato - per lo più gamberetti di salamoia (noti anche come scimmie di mare) come sostituto del krill meno resistente ai laboratori - stanno semplicemente agitando l'acqua a livello locale, lasciando intatto il gradiente, o ridistribuendo il sale in una miscela più uniforme. Se riescono a mescolare gli strati in laboratorio, è probabile che possano fare lo stesso nell'oceano, il gruppo ha sostenuto.

Nuoto con luce laser

Per realizzare lo studio, Houghton ha posizionato i gamberi di salamoia nel serbatoio e ha attivato luci laser o LED dall'alto o dal basso, perché i gamberi di salamoia sono attratti dalla luce, così migrarono verso la sorgente. Quando ha invertito le luci, le minuscole creature si sono precipitate dall'altra parte in una migrazione che è durata circa 10 minuti.

Con le telecamere che registrano da vicino i movimenti degli animali, il gruppo è stato in grado di misurare i singoli vortici d'acqua che circondano ogni artemia salina e le correnti più grandi nel serbatoio. Da questi, hanno dimostrato che la turbolenza dei singoli organismi si aggrega in un getto turbolento molto più grande sulla scia della migrazione.

Cosa c'è di più, quei flussi erano abbastanza potenti da mescolare il gradiente di sale del serbatoio. "Non stavano solo spostando il fluido che poi è tornato nella sua posizione originale, " Ha detto Houghton. "Tutto mescolato irreversibilmente."

Prima di questo lavoro, gli scienziati avevano pensato che il krill e altri zooplancton potessero creare turbolenza solo nella loro gamma di dimensioni, nell'ordine dei centimetri. Non è abbastanza per spostare i nutrienti su una scala significativa. Ora sembra che lo zooplancton abbia la capacità di mescolare le acque oceaniche, almeno a livello regionale. Per di più, Dabiri ha affermato che le loro scoperte potrebbero non applicarsi solo a organismi come il krill nel chilometro superiore dell'oceano, ma anche alle meduse, calamaro, pesci e mammiferi che nuotano ancora più in profondità, potenzialmente agitando l'intera colonna d'acqua.

Dabiri ha detto che i membri del suo laboratorio devono verificare i loro risultati nell'oceano, che implicherà trovare e seguire sciami di krill in luoghi diversi come la costa della California e le gelide acque antartiche. Ma se continuano a vedere mescolarsi alle scale suggerite dal lavoro di laboratorio, i risultati potrebbero cambiare il modo in cui gli scienziati oceanici pensano al ruolo degli animali nell'influenzare il loro ambiente acquatico e potenzialmente il nostro clima sulla terraferma.

Iniziare in modo semplice per grandi risultati

Nonostante il potenziale impatto del lavoro sul modo in cui gli scienziati oceanici pensano al ruolo degli animali marini su questioni globali come il clima e i cicli dei nutrienti, questa ricerca ha un passato storico. Il suo finanziamento una volta era presente in un elenco di rifiuti governativi noto come The Wastebook, che si riferiva ad esso come allo studio del nuoto sincronizzato nelle scimmie di mare.

"Partendo in modo semplice e utilizzando un organismo non ortodosso come il gambero di salamoia, ci ha permesso di andare nell'oceano e misurare qualcosa in cui abbiamo in mente un obiettivo più specifico, "Dabiri ha detto.

Misure che sarebbero costate $ 20, 000 al giorno a bordo di una nave costano solo circa $ 100 al giorno in laboratorio, risparmiare denaro e produrre risultati rilevanti sia per gli scienziati che per i responsabili politici.