Poco si sa degli ambienti oceanici profondi. Ma gli scienziati che si stanno concentrando sulle profondità del Nord Atlantico stanno ora imparando di più sui loro ecosistemi, incluso il ruolo dei vasti fondali di spugne di mare, e su come salvaguardarli dagli effetti del cambiamento climatico e dell'industria.

Le spugne di acque profonde – invertebrati acquatici che trascorrono la loro vita attaccati ai fondali marini e si trovano in quasi tutte le aree delle profondità oceaniche – sono state particolarmente trascurate quando si tratta di ricerca e conservazione. Ma sono una componente importante dei loro ecosistemi.

"Data la loro enorme capacità di filtraggio e il loro ruolo pronunciato nel pompare e pulire l'oceano, i fondali spugnosi hanno un effetto sulla salute dell'oceano, ", ha affermato il professor Hans Tore Rapp dell'Università di Bergen in Norvegia.

Ma studiare le spugne non è facile. Trovato a profondità fino a 4, 000 metri, le spugne sono di difficile accesso e la maggior parte non è in grado di sopportare l'esposizione all'aria, il che rende difficile condurre esperimenti di laboratorio.

Anche distinguere le specie è difficile perché molte hanno caratteristiche distintive limitate. "Oggi una combinazione di informazioni morfologiche e DNA ha reso le cose un po' più facili, ma è ancora un compito impegnativo e che richiede molto tempo, " ha detto il prof. Rapp.

Il professor Rapp ei suoi colleghi stanno identificando specie diverse per un progetto di ampio respiro chiamato SponGES. Gli scienziati stanno studiando le funzioni ecologiche delle spugne, come questi animali possono essere utilizzati nella biotecnologia e la resilienza dei loro ecosistemi.

"Utilizzeremo strumenti di modellazione per guardare al futuro, per vedere come questi terreni spugnosi saranno influenzati dai cambiamenti climatici o da qualsiasi tipo di stress, " ha detto il prof. Rapp.

Genomi di spugna

Finora, gli scienziati hanno scoperto più di 30 nuove specie di spugne e prodotto i più grandi set di dati genomici di spugne mai visti, che dovrebbe rivelare come le diverse specie e popolazioni siano correlate. Hanno anche eseguito esperimenti in laboratorio per studiare le loro funzioni ecosistemiche, come il modo in cui assorbono e trasformano il carbonio e i nutrienti inorganici come azoto e fosforo in nutrimento per il resto dell'habitat.

Ora stanno conducendo esperimenti sul fondo del mare. '(Stiamo) osservando le spugne in aree incontaminate, quindi confrontando il modo in cui funzionano nelle aree più colpite, che provenga dal petrolio e dal gas o dall'estrazione mineraria, " ha detto il prof. Rapp.

Il progetto sta anche adottando un nuovo approccio alla scoperta di farmaci. Le sostanze chimiche utilizzate dalle spugne per difendersi potrebbero essere potenzialmente utilizzate per curare il cancro e le malattie infettive.

Le spugne vengono generalmente macinate e testate per identificare i composti che potrebbero essere utilizzati per sviluppare farmaci. Il progetto, però, sta cercando di concentrarsi sui geni coinvolti nella produzione di questi composti in modo da poterli produrre in modo sostenibile in laboratorio.

"Abbiamo già identificato alcune delle sequenze geniche correlate alla produzione di composti antitumorali, " ha affermato la dott.ssa Shirley Pomponi della Florida Atlantic University negli Stati Uniti e della Wageningen University nei Paesi Bassi, che sta guidando il braccio biotecnologico del progetto.

La dottoressa Pomponi ei suoi colleghi del progetto sono anche un passo avanti verso la creazione di impianti ossei che utilizzano l'architettura della spugna. Le spugne producono elementi scheletrici microscopici, o spicole, fatti di biosilice che sono gli elementi costitutivi delle loro strutture. È stato scoperto che la biosilice induce le cellule che formano l'osso a produrre più osso. Gli scienziati sperano quindi di realizzare impalcature implantari con cellule che formano l'osso.

Hanno raggiunto una svolta creando una linea cellulare in laboratorio da cellule di spugna di acque profonde, che secondo il dottor Pomponi è la prima volta che questo è stato fatto per un invertebrato marino.

Il dott. Pomponi afferma che le linee cellulari sono entusiasmanti in quanto consentiranno agli scienziati di studiare come le spugne producono i loro scheletri e le loro sostanze chimiche difensive. Il team si sta concentrando su come produrre biosilice e queste sostanze chimiche nelle colture di tessuti, lei dice.

In via di estinzione

I risultati del progetto sono già stati riconosciuti anche dai responsabili politici. I terreni spugnosi sono stati ora inclusi nella Lista Rossa Norvegese per gli habitat minacciati, Per esempio.

"Ora stiamo anche contribuendo a inserire le spugne nel piano di gestione per i mari nordici, " ha detto il prof. Rapp.

Oltre alle spugne, altri elementi degli ecosistemi profondi dell'Oceano Atlantico settentrionale devono essere compresi meglio. Per affrontare questo, un progetto chiamato ATLAS sta effettuando la più grande valutazione dell'area fino ad oggi.

Il profondo Atlantico ospita una serie di ecosistemi vulnerabili, afferma il professor Murray Roberts dell'Università di Edimburgo nel Regno Unito, il coordinatore del progetto.

"Dobbiamo capire i coralli, le spugne, le vongole, dobbiamo capire le montagne sottomarine, " Egli ha detto.

"E in modo critico dobbiamo capire come l'industria sia già attiva in queste aree, e proponendo di aumentare la propria operatività, potrebbe avere un impatto su questi sistemi".

Il progetto sta monitorando l'oceano profondo utilizzando strumenti di monitoraggio climatico, insieme a nuove apparecchiature come array di sensori per misurare l'anidride carbonica e l'acidità per fornire per la prima volta letture regolari che saranno rese disponibili al pubblico.

Le nuove informazioni aiuteranno a comprendere meglio la fisica dell'oceano come i modelli di circolazione, Per esempio, in modo da poter prevedere i cambiamenti.

Il progetto ha pubblicato 49 articoli scientifici, rivelando, Per esempio, come si nutrono i coralli del fondo marino in un ambiente dove c'è poco cibo disponibile.

Le simulazioni hanno mostrato che le correnti d'acqua interagiscono con i cumuli di corallo, che può crescere fino a centinaia di metri per attingere materia organica dalla superficie.

"È uno straordinario esempio di ingegneria dell'ecosistema su una scala che non abbiamo mai visto prima, " ha affermato il prof. Roberts. Gli scienziati seguiranno effettuando misurazioni sul campo per vedere se sono d'accordo con il loro modello.

pesca

Un altro aspetto del progetto riguarda l'unione di diversi settori che utilizzano l'oceano, come la pesca e le compagnie petrolifere e del gas, per pianificare lo spazio marino in modo più sostenibile. "È come l'urbanistica in un certo senso per gli oceani, " ha detto il prof. Roberts.

L'obiettivo del team è assicurarsi che le attività oceaniche siano sostenibili e che gli ecosistemi siano preservati.

Hanno lavorato con compagnie multinazionali del petrolio e del gas, Per esempio, valutare le aree in cui operano, dove ci sono ecosistemi vulnerabili come spugne e barriere coralline. Anche l'impatto del cambiamento climatico deve essere affrontato.

"Con il riscaldamento dell'Oceano Atlantico e la graduale acidificazione, le aree che sono state protette finiranno per diventare inadatte proprio per le cose che sono state chiuse per proteggere, " ha detto il prof. Roberts.

Sulla base dei risultati scientifici del progetto, il team prevede di elaborare strategie di gestione per settori come l'estrazione mineraria in acque profonde e le energie rinnovabili in cui si prevede una crescita. Il team ha anche sviluppato nuovi modelli che mostrano la distribuzione delle specie dell'Atlantico profondo, che forniranno un buon punto di partenza.

"Abbiamo una comprensione molto migliore di quanto sia probabile che specie vulnerabili si trovino in aree che le industrie stanno cercando di sfruttare, " ha detto il prof. Roberts. "Stiamo (ora) prendendo questo nell'industria e nella politica".

Spugne:sopravvissuti al mare

I naturalisti del XVI secolo consideravano le spugne di mare come piante, sono in realtà animali che vivono attaccati a superfici in zone di marea o aree profonde fino a 8, 500 metri.

Le spugne di mare sono filtratrici che possono sopravvivere per lunghi periodi senza cibo, come durante gli inverni polari senza luce. Alcune spugne possono anche vivere per centinaia di anni. Un esemplare delle dimensioni di un minivan, ritenuti vecchi di secoli o millenni, è stato scoperto 2, 100 metri sotto la superficie dell'oceano alle Hawaii nel 2016.

Le cellule spugnose sono come le cellule staminali:le spugne possono rigenerare un intero corpo da una sola cellula. Le spugne stesse non hanno organi interni. Anziché, il loro intero corpo elabora ossigeno e sostanze nutritive.

La maggior parte delle spugne si nutre e respira estraendo sostanze nutritive e ossigeno che galleggiano nell'acqua . L'acqua entra nei pori di una spugna e passa attraverso gli intricati canali e le camere che formano il suo corpo. Cellule speciali che rivestono l'interno del corpo di una spugna catturano le particelle di cibo e mantengono l'acqua in costante circolazione.

Circa 140 specie di spugne conosciute, la maggior parte delle quali abitanti delle profondità marine, sono carnivore. Intrappolano minuscoli crostacei e larve con uncini microscopici e li digeriscono, cellula per cellula, per diversi giorni.