Poiché gli oceani si riscaldano a causa dei cambiamenti climatici, gli scienziati stanno cercando di prevedere come reagiranno gli animali marini, dai pesci con la spina dorsale alle meduse senza spina dorsale. Gli esperimenti di laboratorio indicano che molti potrebbero teoricamente tollerare temperature molto più alte di quelle che incontrano oggi. Ma questi studi non significano che gli animali marini possano mantenere le loro attuali distanze negli oceani più caldi, secondo Curtis Deutsch, professore associato di oceanografia all'Università di Washington.

"La temperatura da sola non spiega dove nell'oceano può vivere un animale, " disse Deutsch. "Devi considerare l'ossigeno:quanto è presente nell'acqua, quanto bene un organismo può prenderlo e utilizzarlo, e come la temperatura influisce su questi processi".

Caratteristiche specie-specifiche, i livelli complessivi di ossigeno e la temperatura dell'acqua si combinano per determinare quali parti dell'oceano sono "respirabili" per le diverse creature oceaniche. Una nuova ricerca condotta da Deutsch mostra che un'ampia varietà di animali marini, dai vertebrati ai crostacei ai molluschi, abita già la gamma massima di oceani respirabili che la loro fisiologia consentirà.

Le scoperte, pubblicato il 16 settembre in Natura , forniscono anche un avvertimento sui cambiamenti climatici:poiché le acque più calde ospiteranno meno ossigeno, alcuni tratti di oceano che oggi sono respirabili per una data specie potrebbero non esserlo in futuro.

"Oggi gli organismi vivono fondamentalmente fino alle temperature più calde possibili che forniranno loro ossigeno adeguato per il loro livello di attività, quindi temperature più elevate influenzeranno immediatamente la loro capacità di ottenere abbastanza ossigeno, " disse Deutsch. "In risposta al riscaldamento, il loro livello di attività sarà limitato o il loro habitat inizierà a ridursi. Non è che staranno bene e andranno avanti".

I livelli e le temperature di ossigeno variano nelle acque oceaniche. In genere, l'acqua vicino all'equatore è più calda e contiene meno ossigeno rispetto alle acque più fredde vicino ai poli. Ma spostandosi dall'oceano di superficie ad acque più profonde, sia l'ossigeno che la temperatura diminuiscono insieme. Questi principi creano complessi modelli 3D di ossigeno e livelli di temperatura a profondità e latitudini. L'anatomia di un organismo, la fisiologia e il livello di attività determinano il suo fabbisogno di ossigeno, quanto efficacemente assorbe e utilizza l'ossigeno disponibile nel suo ambiente, e come la temperatura influenza la sua richiesta di ossigeno.

Deutsch e i suoi coautori, Justin Penn, uno studente di dottorato in oceanografia UW, e Brad Seibel, un professore della University of South Florida, voleva capire se la traspirabilità fosse un fattore limitante nel determinare le gamme degli animali marini oggi. Hanno combinato i dati sulla temperatura e il contenuto di ossigeno negli oceani con studi pubblicati sulla fisiologia, domanda di ossigeno e metabolismo di 72 specie di cinque diversi gruppi di animali marini:vertebrati a sangue freddo, come il pesce, e i loro parenti; crostacei; molluschi; vermi segmentati; e meduse e loro parenti.

Il team ha modellato quali parti dell'oceano sono e non sono abitabili per ogni specie. I ricercatori mostrano che la gamma attuale di una specie generalmente si sovrapponeva alle parti degli oceani che si prevede fossero abitabili per essa. Il loro modello prevede che il gambero settentrionale, un crostaceo, dovrebbe essere in grado di ottenere abbastanza ossigeno in acque fredde a nord di circa 50 gradi di latitudine nord, e questa è generalmente la gamma dei gamberetti oggi. Il gattuccio dalle piccole macchie può abitare acque temperate e fresche a una varietà di profondità, ma vicino ai tropici solo le acque superficiali, al di sopra di circa 300 piedi, sono traspiranti, che si riflette anche nella sua gamma attuale.

In molti casi, le gamme di specie sono fino al limite della traspirabilità, il che indica che per gli animali marini la capacità di ottenere abbastanza ossigeno può essere un importante fattore limitante nel determinare dove possono vivere, Deutsch ha aggiunto. Al di fuori di tale intervallo, gli organismi corrono il rischio di ipossia, o non ricevere abbastanza ossigeno.

La temperatura influenza sia la quantità di ossigeno che l'acqua di mare può contenere, e di quanto ossigeno ha bisogno un animale per mantenere lo stesso livello di attività. La già stretta sovrapposizione che i ricercatori hanno visto tra la traspirabilità e le gamme attuali indicano che gli aumenti a lungo termine della temperatura, come previsto dai cambiamenti climatici, probabilmente limiterà le gamme di molti animali marini.

Questo nuovo studio segue uno studio del 2015 su quattro specie dell'Oceano Atlantico da parte del team di Deutsch, e si basa sulle sue scoperte dimostrando che specie diverse in tutti i bacini oceanici generalmente abitano la gamma massima che possono attualmente.

Nel futuro, Deutsch vuole includere specie aggiuntive, ed esplorare ulteriormente le relazioni tra temperatura, ossigeno e fisiologia.

I ricercatori vorrebbero anche trovare esempi storici di specie marine che cambiano il loro raggio d'azione in risposta alla traspirabilità dell'acqua, come ha dimostrato il team all'inizio di quest'anno con l'acciuga settentrionale.

"Quello che vogliamo davvero trovare sono più osservazioni di specie marine che si muovono in accordo con ciò che ci aspetteremmo con le condizioni di temperatura e la disponibilità di ossigeno, " ha detto Deutsch. "Questo ci darà esempi concreti di cosa aspettarci quando la temperatura e le condizioni dell'ossigeno variano, e cambiare in modo permanente con il cambiamento climatico".