Il clima primaverile porta condizioni favorevoli affinché fiori e piante possano sbocciare in tutto il paese. La giusta combinazione di temperatura, umidità e luce aiuta a mantenere vibrante il mondo verde.
La vita vegetale sottomarina generalmente risponde a incoraggiamenti ambientali simili, ma una curiosa scoperta nel lago Erie intorno al 2012 ha portato i microbiologi a studiare una manifestazione fuori stagione dell’abbondanza invernale. Fioriture di diatomee, alghe microscopiche e fotosintetiche, erano vive e vegete sotto (e all'interno) della copertura di ghiaccio del lago.
"Alcuni dei principali fiori che formano la fioritura invernale-primaverile delle diatomee, come Aulacoseira islandica, hanno una relazione simbiotica con batteri eterotrofi in grado di formare minuscoli cristalli di ghiaccio, che nel tempo fanno sì che i filamenti delle diatomee diventino galleggianti, proprio come i cubetti di ghiaccio galleggiano nella tua bevanda preferita ", ha affermato Brittany Zepernick, ricercatrice post-dottorato e studiosa emergente della SEC presso il Dipartimento di microbiologia dell'UT.
Questi "cubetti di ghiaccio di diatomee" galleggiano sulla copertura di ghiaccio del Lago Erie e si incastrano al suo interno, mettendoli in posizione per assorbire la luce necessaria per eseguire la fotosintesi durante i mesi invernali. È stata una buona notizia per le diatomee, che sono una componente vitale dell'ecosistema complessivo nei laghi e negli oceani di tutto il mondo
Questo curioso adattamento è però minacciato, poiché il riscaldamento globale delle temperature ha portato a un diffuso declino del ghiaccio nei Grandi Laghi, lasciando il Lago Erie in uno stato quasi libero dai ghiacci in diversi inverni recenti e lasciando le diatomee bloccate in acque torbide e prive di luce. In queste nuove "acque climaticamente inesplorate", gli adattamenti di cui hanno beneficiato queste diatomee invernali per così tanto tempo hanno improvvisamente smesso di essere loro utili.
Allora, cosa deve fare una diatomea? Zepernick e colleghi si sono rivolti alle rive del lago Erie per indagare sull'evolversi della situazione. Con l’aiuto della Guardia costiera statunitense e canadese, hanno campionato le acque invernali coperte di ghiaccio (nel 2019) e libere dai ghiacci (nel 2020) del Lago Erie per scoprire come le diatomee stavano rispondendo alle mutevoli condizioni ambientali. Recentemente hanno pubblicato il loro lavoro su The ISME Journal .
Due generi principali di diatomee dominano le fioriture invernali:Aulacoseira islandica e Stephanodiscus spp.
"L'abbondanza di Stephanodiscus spp. era inferiore di circa il 70% nella colonna d'acqua priva di ghiaccio del 2020 rispetto alla colonna d'acqua coperta di ghiaccio del 2019", ha affermato Zepernick. "Allo stesso modo, l'abbondanza di Aulacoseira islandica era inferiore di circa il 50% nella colonna d'acqua priva di ghiaccio rispetto alla colonna d'acqua ricoperta di ghiaccio."
Con la copertura di ghiaccio sui Grandi Laghi ai minimi storici, da circa l'80% coperto di ghiaccio nel 2018 e 2019 a solo l'8% nel 2023, i ricercatori prevedono che questa tendenza continuerà nei futuri inverni.
Il prossimo passo sarà studiare l'impatto che tutto ciò avrà sul Lago Erie, che si unisce agli altri Grandi Laghi Laurenziani degli Stati Uniti e del Canada per contenere complessivamente circa il 20% dell'acqua dolce del globo.
"Nonostante l'importanza critica di questo sistema, non sapevamo che si formassero fioriture di diatomee nei mesi invernali-primaverili fino al 2012 circa", ha affermato Zepernick. "Molti ricercatori hanno definito la colonna d'acqua invernale una 'nuova frontiera' o una 'scatola nera'. Quello che sappiamo è che le diatomee sono di fondamentale importanza per gli ecosistemi lacustri regionali e per il clima globale."
Si stima che le diatomee costituiscano circa il 20% del sequestro globale del carbonio e della produzione di ossigeno, svolgono un ruolo maggiore nei cicli biogeochimici globali e rappresentano una componente critica dell'ecosistema acquatico nei sistemi di acqua dolce.
"Pertanto, i cambiamenti su larga scala già in corso nelle comunità di diatomee inverno-primavera nel lago Erie e in altri laghi in tutto il mondo si tradurranno in cambiamenti biologici e biogeochimici su larga scala", ha affermato Zepernick.
La luce alla fine del tunnel ghiacciato potrebbe fare affidamento sul potenziale di adattamento delle diatomee. Il recente lavoro di Zepernick indica che potrebbero formare grappoli con proteine adesive chiamate fascicline per "zattera" sulla superficie delle acque fangose tramite "onde sottomarine" prodotte dal vento, convezione e correnti sottomarine.
Un altro adattamento a cui Zepernick ha accennato è che le diatomee potrebbero aumentare il loro uso di rodopine (PPR) che pompano protoni, proteine contenenti retina che raccolgono la luce e che potrebbero servire come alternativa alla fotosintesi classica. Attualmente sta tentando di isolare le diatomee d'acqua dolce dai campioni del Lago Erie che possiedono PPR per creare un sistema modello di diatomee-PPR d'acqua dolce per ulteriori studi. Le sue scoperte potrebbero offrire indizi sulla prossima mossa delle diatomee in un clima in rapido cambiamento.
"I PPR sono un argomento caldo nella letteratura marina, ma sappiamo molto poco su come questi meccanismi si applicano ai sistemi e ai taxa di acqua dolce", ha affermato. "Sono interessato a chiarire i benefici che i PPR possono conferire alle diatomee di acqua dolce e marina in una varietà di fattori di stress climatici emergenti e futuri."
Ulteriori informazioni: Brittany N Zepernick et al, Il declino della copertura di ghiaccio è accompagnato da risposte di limitazione della luce e cambiamenti nella comunità nelle diatomee d'acqua dolce, The ISME Journal (2024). DOI:10.1093/ismejo/wrad015
Informazioni sul giornale: Rivista ISME
Fornito dall'Università del Tennessee a Knoxville
