Comprendere il futuro dei nostri oceani tramite il fitoplancton
Gli oceani ricoprono il 71 % della superficie del pianeta e contengono circa il 97 % dell’acqua terrestre. Essi riducono i fenomeni meteorologici estremi, producono ossigeno, ricoprono un ruolo fondamentale nell’ambito della sicurezza alimentare e depositano l’eccesso di CO2. Nel corso degli ultimi decenni, gli oceani hanno subito le conseguenze dei cambiamenti climatici, che hanno portato a una diminuzione della salinità e a un aumento dell’acidità e del riscaldamento. Negli ultimi anni, i cambiamenti climatici hanno comportato importanti cambiamenti ambientali che possono ridurre la disponibilità delle sostanze nutritive per i fitoplancton, ovvero organismi microscopici che vivono sulla superficie degli oceani. Ciò, a sua volta, si ripercuote sulle comunità di specie e sulla struttura di nicchie ecologiche. Il fitoplancton (composto da cellule autotrofe) ricopre un ruolo determinante nella produzione biologica degli oceani ed è inoltre responsabile di circa il 40 % della fissazione del carbonio inorganico sulla Terra. Nel futuro, l’aumento del numero di aree con una ridotta concentrazione di fitoplancton modificherà drasticamente il ciclo del carbonio terrestre.
Uno sguardo più attento al fitoplancton
Il progetto MAPAPAIMA, finanziato dall’UE e intrapreso con il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si è prefisso di approfondire il modo in cui il fitoplancton può adattarsi a condizioni caratterizzate da quantità limitate di sostanze nutritive per sopravvivere. «Tali informazioni possono aiutarci a comprendere il futuro della comunità del fitoplancton, degli oceani e della fissazione del carbonio sulla Terra», spiega Mathias Girault, borsista del programma Marie Skłodowska-Curie. Girault aggiunge: «La nostra ricerca era incentrata su un meccanismo particolare di adattamento essenziale per la sopravvivenza di diversi fitoplancton che vivono in ambienti con quantità limitate di fosfato. Tale meccanismo comprende un enzima extracellulare, la fosfatasi alcalina». Utilizzando la materia organica disciolta, questo enzima favorisce la diversificazione delle fonti di fosforo del fitoplancton, garantendo una migliore sopravvivenza nel momento in cui tale sostanza nutritiva sarà limitata.
Una nuova piattaforma microfluidica
«Il risultato principale del progetto è stato lo sviluppo di una piattaforma microfluidica completa e innovativa e di un laboratorio su un chip in grado di misurare con successo l’attività di fosfatasi alcalina a livello della singola cellula», riferisce Girault. La piattaforma comprende un insieme di algoritmi per il trattamento delle immagini volti a rilevare le cellule bersaglio e lo smistamento di goccioline, nonché un sistema autonomo di analisi di immagini. Tale piattaforma può contribuire a chiarire quali specie rilasciano la fosfatasi alcalina, oltre a illustrare fino a che punto e in che modo le previsioni future sulle condizioni ambientali possano essere usate per modificare questa attività enzimatica. Girault sottolinea ulteriormente: «Grazie al nostro metodo analitico, per la prima volta siamo riusciti a confrontare l’attività di fosfatasi alcalina del fitoplancton rivivificato da un nucleo di sedimento per studiare l’evoluzione e l’adattamento dell’espressione dell’attività stessa in funzione del tempo». Il progetto ha scoperto variabilità inter e intraspecifiche dell’attività di fosfatasi alcalina, suggerendo che nel corso di mezzo secolo, due diverse specie di fitoplancton possono avere subito una simile evoluzione d’adattamento per affrontare i cambiamenti ambientali e acquisire vantaggi ecologici.
Considerazioni per la ricerca futura
I risultati del progetto rappresentano i primi passi per rilevare l’adattamento del fitoplancton alla limitazione di sostanze nutritive. Quando si discute cosa potrebbe accadere, Girault osserva che, poiché è stato sviluppato un sistema microfluidico completo, sarebbe interessante ottenere una vista dettagliata dell’adattamento del fitoplancton alla limitazione di sostanze nutritive nel tempo. Ciò sarebbe possibile, ad esempio, attraverso l’impiego di alcuni fitoplancton rivivificati da uno strato di sedimento più profondo. «Inoltre, sarebbe utile far rivivere altre cellule di fitoplancton più recenti in modo da rilevare gli effetti degli scarichi di nutrienti provocati dagli esseri umani sulle capacità metaboliche di tali cellule», conclude Girault.
Parole chiave
MAPAPAIMA, fitoplancton, oceano, fosfatasi alcalina, piattaforma microfluidica, livello della singola cellula
