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Using Nannofossil Chemistry to constrain the cellular response of marine phytoplankton to changing carbon dioxide concentrations in the surface ocean

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L’impatto della CO2 atmosferica sui coccolitofori

Un progetto finanziato dall’UE fornisce indizi chiave sull’importanza dei livelli passati di CO2 per quanto concerne fisiologia dei fitoplancton, ecologia e crescita dei coccolitofori.

Cambiamento climatico e Ambiente icon Cambiamento climatico e Ambiente

I coccolitofori sono alghe fluttuanti che vivono in acque prossime alla superficie oceanica. Grazie ai loro processi di fotosintesi e calcificazione, questi organismi svolgono un importante duplice ruolo nel ciclo globale del carbonio. «I coccolitofori sono un eccellente oggetto di studio per analizzare i cambiamenti avvenuti nei sistemi oceanici nel corso di periodi che vanno dalle migliaia ai milioni di anni, in quanto i loro coccoliti sono presenti in grandissimi quantità sotto forma di fossili nei sedimenti marini antichi», osserva Mariem Saavedra-Pellitero, borsista Marie Skłodowska-Curie. In questo contesto, il progetto NannoChem, finanziato dall’UE e sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si è prefisso di determinare se i cambiamenti passati avvenuti nella CO2 atmosferica abbiano influito o meno sull’evoluzione e sull’ecologia dei coccolitofori. «Sebbene per noi i livelli di CO2 nell’atmosfera e il conseguente effetto sul clima rappresentino una preoccupazione, per i coccolitofori l’anidride carbonica ha una funzione simile a quella di un nutriente, ovvero costituisce una fonte di carbonio per lo svolgimento dei loro processi di calcificazione e fotosintesi», aggiunge Saavedra-Pellitero.

Le mutevoli concentrazioni di CO2 nella superficie oceanica

Secondo quanto indicato da alcuni studi, la disponibilità di CO2 nella superficie degli oceani potrebbe essere uno dei principali metodi di controllo dell’evoluzione delle dimensioni cellulari e del tasso di calcificazione dei coccolitofori: le cellule e i coccoliti più piccoli, infatti, sarebbero soggetti ad alterazioni in condizioni contraddistinte da concentrazioni inferiori di CO2. «Se confermata, questa eventualità eserciterebbe importanti implicazioni sulla loro risposta agli oceani del futuro, in cui si prevede un’elevata presenza di CO2, e ciò risulta ancor più rilevante al momento attuale, alla luce dell’afflusso di CO2 antropogenica nella superficie degli oceani», sottolinea Saavedra-Pellitero. NannoChem si è proposto di verificare questa ipotesi generando una serie di dati relativi alla chimica (isotopi del carbonio e dell’ossigeno, nonché firme isotopiche δ13C e δ18O), alle dimensioni cellulari e alla calcificazione dei coccoliti per un lungo periodo di tempo, ossia gli ultimi 8 milioni di anni. Queste informazioni sono state ricavate da carote di sedimenti recuperate da un foro di trivellazione praticato nella zona orientale dell’Oceano Indiano equatoriale durante lo svolgimento della spedizione 363 dell’International Ocean Discovery Program.

Un insieme unico di dati multi-proxy relativi alla chimica alla base dei coccolitofori

«NannoChem ha fornito una serie di dati di qualità eccellente sull’evoluzione dei plancton nel corso degli ultimi 8 milioni di anni, che mettono in evidenza l’importanza dei livelli di CO2 passati in relazione alla fisiologia dei fitoplancton, all’ecologia e alla crescita dei coccolitofori nel passato», sottolinea Saavedra-Pellitero. Questi dati dimostrano che si è verificato un cambiamento nell’uso cellulare del carbonio, registrando una transizione dalla calcificazione alla fotosintesi che si è rivelata parallela al calo delle concentrazioni di CO2 atmosferica. «Inoltre, abbiamo scoperto che la chimica dei coccoliti fossili è dipendente da due fattori diversi, ovvero la chimica esterna degli oceani dove si sono formati e le dimensioni cellulari del coccolitoforo che produce i coccoliti, nonché il particolare gruppo di specie dei coccolitofori», riferisce Saavedra-Pellitero. Ad esempio, quando nel Pliocene si svilupparono e divennero più comuni cellule di dimensioni maggiori, più o meno 4 milioni di anni fa, esse dovettero far fronte a una più intensa limitazione di carbonio, in quanto le cellule più grandi lo assimilano con meno efficienza mediante diffusione attraverso le proprie pareti cellulari. «È stata forse questa limitazione a guidare l’evoluzione di un gruppo di specie molto più piccolo in grado di assimilare il carbonio con un’efficienza superiore, gruppo che è diventato quello predominante tra le comunità moderne di coccolitofori», aggiunge Saavedra-Pellitero. È chiaro che le comunità moderne si sono adattate in modo particolarmente efficace alle concentrazioni relativamente basse e fredde di CO2 che contraddistinguono i recenti climi glaciali. «Ritengo che siano necessari ulteriori lavori per determinare più dettagliatamente i parametri del carbonio nei modelli della chimica oceanica globale, informazioni che faranno progredire direttamente la nostra comprensione delle modalità con cui questa chimica si modificherà negli oceani del futuro, caratterizzati da una più elevata concentrazione di CO2», conclude Saavedra-Pellitero. In linea con questo obiettivo, la borsista darà seguito alla sua collaborazione con la solida rete scientifica costruita nell’ambito del progetto.

Parole chiave

NannoChem, coccolitofori, calcificazione, coccoliti, CO2 atmosferica, fotosintesi, superficie oceanica, fitoplancton

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