Il fitoplancton è il fondamento di tutta la vita sul pianeta. Capire come questi organismi fotosintetici reagiscono al loro ambiente oceanico è importante per comprendere il resto della catena alimentare.

Nonostante ciò, i modelli computerizzati della biogeochimica oceanica globale in genere non includono il ciclo di luce giorno/notte (diel), anche se quel ciclo è fondamentale per la fotosintesi nei produttori primari dell'oceano.

Per la prima volta, gli scienziati dell'Ecosystems Center presso il Marine Biological Laboratory (MBL) hanno incorporato il ciclo diel in un modello oceanico globale per studiarne gli effetti sul fitoplancton. Il loro studio, pubblicato su Global Ecology and Biogeography , è il primo a indagare su come il ciclo giorno/notte influenzi la biogeografia e la diversità di questi produttori primari.

Il modello ha offerto cicli di luce e oscurità naturali sull'oceano globale a 15 tipi di fitoplancton simulati. È stato quindi confrontato con una simulazione di controllo utilizzando lo stesso modello di plancton, ma illuminato con una media di luce su periodi di 24 ore. L'obiettivo era vedere in che modo i cicli di luce diel influivano sulla produttività del fitoplancton e modificavano le dinamiche di concentrazione dei nutrienti.

Il fitoplancton simulato era di dimensioni cellulari diverse e separato in due gruppi diversi con due ampie strategie ecologiche. "Gleaner" simulava cellule più piccole con un'elevata affinità nutritiva (il che significa che potevano catturare i nutrienti dalla colonna d'acqua anche se quei nutrienti erano in basse quantità) ma una crescita lenta, e "opportunisti" simulavano cellule più grandi con un tasso di crescita massimo più elevato ma bassa affinità nutritiva (il che significa che hanno fatto meglio in acqua ricca di sostanze nutritive). Queste erano rappresentazioni del fitoplancton reale basate su parametri di colture di laboratorio.

I ricercatori hanno scoperto che il ciclo di diel era davvero importante per il fitoplancton simulato.

"Sappiamo che molti tratti di diversi fitoplancton si basano sul ciclo giorno/notte. Alcuni dinoflagelleti vanno più in profondità [nella colonna d'acqua] per ottenere più nutrienti e poi salgono per la fotosintesi. Alcuni immagazzinano carbonio durante il giorno, quindi può usarlo di notte", afferma Ioannis Tsakalakis, ricercatore post-dottorato MBL e primo autore dell'articolo.

Il modello ha mostrato che i cicli di diel sono associati a concentrazioni più elevate di nutrienti limitati, il che significava che a latitudini inferiori (da -40° a 40°), gli opportunisti simulati erano più abbondanti delle spigolatrici rispetto alla simulazione di controllo. Questo include fitoplancton come diatomee. Questo meccanismo è diventato meno importante alle latitudini più elevate, dove gli effetti del ciclo della luce stagionale erano più forti dei cicli giorno/notte.

Se gli scienziati non capiscono come il fitoplancton stia portando la loro energia come produttori primari alla base della catena alimentare, è difficile fare inferenze sulle interazioni del resto della catena alimentare oceanica globale, fino agli esseri umani.

Allora perché nessuno ha incluso prima il ciclo di diel?

L'oceano globale è enorme, così come i modelli che lo rappresentano. Per affrontare le complessità di ciò che accade nell'oceano, i modellisti spesso semplificano determinati processi. I modelli tipici incorporano solo i cambiamenti di luce stagionali invece di aggiungere i dettagli più fini del ciclo giorno/notte. Questa è principalmente una decisione computazionale, afferma Joe Vallino, Senior Scientist di MBL, autore senior dell'articolo. "Se non stai risolvendo dettagli temporali fini, in generale, [i modelli] corrono più velocemente."

"Stai spingendo contro i vincoli hardware", afferma Vallino. "Non vuoi che una simulazione di 10 anni richieda 10 anni per essere simulata."

Ma con l'avanzare del cambiamento climatico, capire come funziona l'oceano è fondamentale per capire in che modo il riscaldamento globale e l'elevata anidride carbonica lo influenzano.

"Questo modello contribuisce a far progredire la nostra comprensione fondamentale di come funziona l'oceano", afferma Vallino, aggiungendo che man mano che gli scienziati realizzano modelli oceanici migliori, alla fine potrebbero utilizzarli per studiare possibili soluzioni ai cambiamenti climatici riducendo al minimo le conseguenze indesiderate.

"Essere in grado di prevedere come cambierà la distribuzione del fitoplancton avrà ripercussioni più in alto nella catena alimentare", afferma Vallino. "Se non riesci a ottenere correttamente quel cambiamento di base, non puoi ottenere nulla che sia collegato a quello sopra di esso." + Esplora ulteriormente

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