Simile alle foreste sulla terra, la più importante fonte di energia per le barriere coralline tropicali di acque poco profonde è la luce. Alghe fotosintetiche, chiamate zooxantelle, vivono all'interno dei tessuti dei coralli costruttori di barriere coralline e forniscono loro ossigeno e i prodotti della fotosintesi, tra cui glucosio e aminoacidi. I coralli, a sua volta, utilizzare questi prodotti come fonte di energia per costruire scheletri di carbonato di calcio e far crescere più tessuto vivente. Altri organismi di barriera ecologicamente importanti, come le macroalghe e le alghe del tappeto erboso, dipendono dalla luce anche per la crescita e la riproduzione, rendere leggero il motore della crescita e della produttività complessiva degli ecosistemi delle barriere coralline.

Per questa ragione, gli scienziati della barriera corallina sono interessati a determinare la relazione tra produttività primaria e condizioni di luce variabili. In un articolo pubblicato il mese scorso da due ecologisti della barriera corallina BIOS sulla rivista scientifica PLoS UNO , la ricercatrice post-dottorato Yvonne Sawall e il suo consulente, scienziato associato Eric Hochberg, presentare prove che le barriere coralline ottimizzano le loro capacità fotosintetiche alle condizioni ambientali prevalenti, come la disponibilità generale di luce, nutrienti, diossido di carbonio, e temperatura.

"Produzione primaria, o la quantità di fotosintesi in atto, determina infine la biomassa e la crescita della barriera corallina, " Ha detto Sawall. "Ciò significa che effettuare misurazioni accurate della produttività è fondamentale per comprendere la funzione della barriera corallina".

Nel passato, le misurazioni della fotosintesi sono state tipicamente effettuate in un breve periodo di tempo da minuti a ore. I risultati di queste misurazioni, chiamate curve P-E istantanee, tracciare il rapporto tra la produttività primaria e la quantità di luce che entra nel sistema (detta anche irraggiamento). In brevi periodi di tempo, questi grafici producono una relazione classica in cui la produttività aumenta linearmente fino a un punto (chiamato punto di saturazione) prima di stabilizzarsi, il che significa che i coralli possono aumentare la loro fotosintesi solo fino a un certo livello di luce, dopo di che non si osserva ulteriore aumento.

Però, Sawall e Hochberg pensano che siano necessarie misurazioni a lungo termine per misurare con precisione la produttività della barriera corallina.

"Le tradizionali curve PE ignorano il fatto che le condizioni del cielo e la disponibilità di luce cambiano nel corso di un singolo giorno, così come attraverso le stagioni e in diverse località del mondo, " Ha detto Hochberg. "In definitiva, queste limitazioni influiscono sul modo in cui caratterizziamo la capacità a lungo termine di una barriera corallina per la produttività primaria".

Hochberg ha sottolineato che gli scienziati terrestri hanno capito da tempo che le piante possono regolare i loro livelli di pigmento fotosintetico per utilizzare al meglio il lungo termine, campo luminoso prevalente. In pratica, ciò significa che, sebbene i livelli di luce possano cambiare significativamente su scale temporali brevi e in piccole aree, le piante si sono adattate in modo tale che, in media, non assorbono più luce di quanta ne possano utilizzare. Dato che le barriere coralline sono composte da organismi fotosintetici, sembrava probabile che una relazione simile potesse reggere.

Ai fini della loro indagine, Sawall e Hochberg hanno ottenuto per primi 52 curve P-E istantanee che rappresentano un'ampia gamma di organismi bentonici (coralli e alghe) e comunità (dominati da coralli, le alghe del tappeto erboso dominavano, e sabbia con microalghe), così come le condizioni ambientali. Quindi, calcolare l'irradiamento giornaliero (a lungo termine) che rappresenta diverse intensità delle nubi e lunghezze del giorno, hanno raccolto più di 900 curve di disponibilità della luce raccolte in un periodo di tre anni dagli strumenti del National Weather Service presso l'aeroporto internazionale di L.F. Wade alle Bermuda.

Utilizzando modelli di computer, il team ha integrato le curve P-E istantanee con le curve di irraggiamento giornaliero, risultando in curve PE integrate nel tempo che mostrano la relazione tra fotosintesi e disponibilità di luce nell'arco di un'intera giornata. Senza eccezioni, tutte le curve integrate nel tempo modellate hanno mostrato che la fotosintesi nelle comunità bentoniche della barriera corallina non raggiunge un punto di saturazione. Questo è, la fotosintesi può saturare per un istante, ma la fotosintesi giornaliera totale no.

"Questi risultati indicano che gli organismi della barriera corallina, compresi sia i coralli che le alghe, molto probabilmente ottimizzi la fotosintesi allo stesso modo delle piante terrestri, alla scala di un giorno o più, "Ha detto Sawall.

Dal punto di vista di uno scienziato della barriera corallina che cerca di capire come funzionano gli ecosistemi della barriera corallina, questi risultati indicano la fotosintesi come "integratore ecologico, " il che significa che i tassi fotosintetici rispondono a tutti gli stress che un organismo deve affrontare, compresa la temperatura, disponibilità di luce, livelli di anidride carbonica, e disponibilità di nutrienti.

Nelle ricerche successive, Hochberg e Sawall stanno esplorando la relazione tra il colore di un organismo e la sua totale fotosintesi quotidiana. Questi due parametri sono determinati dai livelli di pigmento di un organismo, e la ricerca terrestre ha dimostrato che la fotosintesi può essere prevista dalla misurazione del colore espresso dai pigmenti. Ciò significa che un sistema di telerilevamento, come il progetto CORAL Reef Airborne Laboratory (CORAL) di Hochberg, ha il potenziale per stimare direttamente la produzione primaria dell'ecosistema senza la necessità di laboriose misurazioni della chimica dell'acqua in situ. La produzione primaria è una delle metriche che gli scienziati usano per misurare la salute della barriera corallina e la funzione dell'ecosistema. Stime accurate della produzione primaria sono particolarmente importanti per determinare in che modo le barriere coralline di tutto il mondo vengono influenzate dal cambiamento climatico globale.