Nel mondo di oggi, dove l'inquinamento e la contaminazione hanno spesso un impatto negativo sulle nostre risorse naturali, è fondamentale mantenere test regolari e regolamentati delle sostanze chimiche, tossine, o altre forme di contaminazione. Però, per farlo correttamente, abbiamo bisogno degli strumenti e dei metodi corretti in modo da poter riconoscere quando le condizioni non sono ideali.

Testare gli ecosistemi acquatici

Gli ecosistemi di acqua dolce sono particolarmente importanti da monitorare, in quanto costituiscono la principale risorsa di acqua potabile per l'uomo e altri organismi, oltre ad essere la casa di una vasta diversità di specie acquatiche. È anche importante valutare regolarmente la qualità dell'acqua per garantire che i corpi idrici rimangano entro gli standard di salute ambientale previsti.

Esistono molti metodi per testare la qualità dell'acqua. Ad esempio, studiare la salute delle microalghe:unicellulari, organismi fotosintetizzanti, può dirci molto sulla presenza di contaminanti. Le microalghe sono alla base della catena alimentare acquatica, quindi cambiamenti nell'abbondanza di questa specie o nei loro tassi riproduttivi, potrebbe avere effetti più in alto nella catena alimentare e possibilmente disturbare la produttività dell'intero ecosistema. I test di tossicità microalgale sono necessari per analizzare la tossicità di sostanze potenzialmente pericolose nell'ambiente acquatico, tuttavia questi test spesso non illustrano l'impatto fisico delle tossine sulle cellule microalgali.

Molte specie di microalghe abitano ecosistemi di acqua dolce, tuttavia la microalga verde Raphidocelis subcapitata è una delle più utilizzate nei cosiddetti biotest (la valutazione della concentrazione o della potenza di una sostanza mediante i suoi effetti su cellule o tessuti viventi). Come la maggior parte delle microalghe, R. subcapitata ha un tempo di generazione breve, il che significa che le nuove cellule vengono replicate rapidamente, ed è facile da coltivare in laboratorio. Attualmente, la maggior parte dei biotest di tossicità delle microalghe utilizza la crescita e la vitalità cellulare come indicatori di tossicità nel loro ambiente. Sebbene questi parametri indichino come sta andando la popolazione di microalghe e siano ecologicamente rilevanti, non forniscono alcuna informazione su come i contaminanti disturbano specifici processi biologici nelle cellule algali. Per gli scienziati, regolatori, e conservazionista, una misurazione più dettagliata della salute delle singole cellule delle alghe può fornire segnali premonitori di possibili contaminazioni pericolose, migliorando così in modo significativo gli sforzi di monitoraggio rispetto ai consueti parametri basati sulla popolazione.

Poiché la salute dell'ambiente è fondamentale per lo sviluppo di questa microalga, è importante capire come diversi tipi di composti provocano una risposta fisiologica nelle cellule, e quali processi biologici potrebbero essere interessati. In collaborazione con l'Università di Osijek in Croazia, gli scienziati dell'Istituto norvegese di ricerca sull'acqua (NIVA) hanno sviluppato un modello per identificare gli effetti dei composti in diverse acque in bottiglia disponibili in commercio su diversi processi cellulari di R. subcapitata. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Scienza dell'ambiente totale . R. subcapitata è stata coltivata in otto acque in bottiglia disponibili in commercio (quattro dalla Norvegia, quattro dalla Croazia) per un massimo di 72 ore. Alla fine, le cellule algali sono state campionate e analizzate per i cambiamenti nella crescita, dimensione e complessità delle cellule, densità del pigmento, contenuto di DNA, vitalità cellulare, così come la capacità di eseguire la fotosintesi. I parametri sono stati confrontati tra le diverse acque in bottiglia, e ad un controllo, coltivate in un mezzo di crescita standardizzato utilizzato anche nei biotest delle alghe.

Testare le acque

Prima di usarli per coltivare le alghe, l'analisi chimica delle diverse acque in bottiglia ha rivelato una chiara distinzione tra le acque norvegesi e croate in termini di composizione minerale. Mentre le acque norvegesi avevano una composizione chimica che le classificava come acque "dolci", le acque croate erano "moderatamente dure" o "dure". Questa differenza nella composizione minerale ha avuto effetti sulla salute generale delle cellule di microalghe coltivate in ciascun tipo di acqua.

Come risulta, la composizione chimica delle acque norvegesi ha fatto sì che le microalghe crescessero in modo simile o migliore rispetto al gruppo di controllo. Dimensione e complessità delle cellule, entrambi sono indicativi di quanto bene si sta sviluppando una cellula, erano simili tra le microalghe coltivate nelle acque norvegesi e il controllo. Globale, le colture di R. subcapitata coltivate nelle acque imbottigliate norvegesi sembravano essere in buone condizioni di salute secondo i diversi strumenti di analisi utilizzati.

Al contrario, le microalghe coltivate nelle acque imbottigliate della Croazia non sono cresciute così come quelle norvegesi e si è scoperto che crescono la metà rispetto al controllo. C'era anche una correlazione inversa tra il tasso di crescita e il contenuto di pigmenti nelle cellule, il che significa che minore è il tasso di crescita, più pigmentazione avevano. Sebbene questo possa sembrare un effetto positivo, livelli più elevati di pigmentazione sono stati precedentemente osservati in microalghe affette da tossicità da metalli in un ambiente contaminato. Così, i risultati qui potrebbero indicare che le microalghe nelle acque croate stavano rispondendo ai diversi elementi essenziali presenti in queste acque. Anche se queste sostanze chimiche sono necessarie per la crescita delle microalghe, possono avere effetti nocivi se presenti ad alte concentrazioni. Oltre al minor tasso di crescita, le dimensioni e la complessità delle cellule sono diminuite anche nelle microalghe cresciute nell'acqua croata, così come la vitalità cellulare.

"Globale, lo studio mostra che l'acqua in bottiglia dalla Croazia è un mezzo più povero per coltivare microalghe, o almeno la specie R. subcapitata, rispetto alle acque in bottiglia norvegesi, "dice Ana Catarina Almeida, ricercatore presso NIVA e primo autore dell'articolo.

Gli scienziati hanno anche eseguito uno screening mirato dei diversi campioni di acqua in bottiglia rispetto a un ampio elenco di 1442 composti (principalmente prodotti farmaceutici, pesticidi e droghe illecite). L'analisi qualitativa dei campioni rispetto alle sostanze chimiche presenti nella libreria dei composti non ha trovato corrispondenze positive, confermando che le acque croate e norvegesi sono sicure per il consumo.

"Il nostro studio evidenzia l'importanza di utilizzare strumenti adeguati e di avere un modello corretto per valutare la salute dei diversi organismi, " Conclude Almeida.

Il maggiore dettaglio con cui gli scienziati hanno potuto osservare le cellule algali mostra quanto sia importante indagare su questi parametri, così come quelli basati sulla popolazione che di solito vengono implementati. Sulla superficie, i due gruppi di acque in bottiglia sembrano essere di qualità simile per la crescita delle alghe, ma quando si studiano i processi fisici che avvengono all'interno delle singole cellule, diventa chiaro che sono diversi. Questa distinzione può aiutare la conservazione degli ambienti acquatici, poiché le alghe possono fungere da sentinelle, indicando la presenza di contaminazione e inquinamento prima che gli effetti si accumulino più in alto nella catena alimentare.