La Terra, così come la conosciamo, deve la sua vivacità a un processo fondamentale: la fotosintesi. Questo meccanismo biologico sfrutta l’energia solare per alimentare la maggior parte delle reti alimentari del nostro pianeta. Diverse forme di vita, tra cui piante, alghe e cianobatteri, svolgono un ruolo cruciale in questo processo. Tra tutti, spicca Prochlorococcus, considerato l’organismo fotosintetico più abbondante sulla Terra. Questo microbo marino, di dimensioni ridotte rispetto ad altri cianobatteri, esercita un’influenza significativa nei suoi habitat e oltre, contribuendo a quasi un terzo della produzione globale di ossigeno. Inoltre, costituisce una base vitale per le reti alimentari marine. Tuttavia, un recente studio ha messo in luce che Prochlorococcus e i suoi numerosi beneficiari potrebbero essere più vulnerabili all’aumento delle temperature oceaniche di quanto si fosse precedentemente ipotizzato.
La diffusione di Prochlorococcus negli oceani
Prochlorococcus è un organismo ubiquo, presente in oltre il 75% delle acque superficiali illuminate dal sole. La sua prevalenza è particolarmente evidente nelle regioni tropicali e subtropicali, dove si è adattato a condizioni calde e povere di nutrienti. François Ribalet, oceanografo dell’Università di Washington, descrive le acque tropicali come “di un blu brillante e bellissimo, poiché contengono molto poco, a parte Prochlorococcus”. Inizialmente, alcuni esperti ritenevano che questo microbo potesse prosperare con l’aumento delle temperature oceaniche, causato dalla combustione di combustibili fossili e dalla perdita di serbatoi di carbonio. Tuttavia, le nuove scoperte sollevano interrogativi, suggerendo che temperature più elevate non siano sempre favorevoli per Prochlorococcus.
Le temperature ideali per la crescita di Prochlorococcus
Secondo i ricercatori, il range di temperatura ideale per la crescita di questo microbo si colloca tra i 19 e i 28 gradi Celsius. Tuttavia, si prevede che molte acque tropicali e subtropicali supereranno il limite superiore di questo intervallo entro i prossimi 75 anni. Ribalet sottolinea: “Per molto tempo, gli scienziati hanno pensato che Prochlorococcus si sarebbe comportato bene in futuro, ma nelle regioni più calde non sta andando così bene”. Questo significa che ci sarà meno carbonio e, di conseguenza, meno cibo per il resto della rete alimentare marina. Le implicazioni di queste scoperte sono significative e potrebbero influenzare l’intero ecosistema marino.
Kathy Newer/Università di Washington
Metodologia della ricerca su Prochlorococcus
Fino ad ora, gran parte dei dati su questi microbi proveniva da cellule coltivate in laboratorio. Per ottenere informazioni più accurate, Ribalet e il suo team hanno deciso di raccogliere dati su Prochlorococcus nel loro habitat naturale. “Avevo domande molto basilari”, spiega Ribalet. “Sono felici quando fa caldo? O non sono felici quando fa caldo?” Per rispondere a queste domande, i ricercatori hanno analizzato 800 miliardi di cellule di Prochlorococcus durante 90 viaggi di ricerca condotti nell’arco di 13 anni. Hanno utilizzato un citometro a flusso, co-sviluppato da Ribalet, progettato specificamente per rilevare piccole fitoplancton come Prochlorococcus. Attraverso un laser nel dispositivo di bordo, i ricercatori hanno misurato i microbi e applicato un modello statistico consolidato per stimare la crescita di Prochlorococcus, minimizzando il disturbo ai soggetti analizzati.
Risultati e implicazioni della ricerca
I risultati hanno rivelato che i tassi di divisione cellulare variavano in base alla latitudine, correlati principalmente alle variazioni della temperatura dell’acqua piuttosto che alla disponibilità di luce solare o nutrienti. I microbi mostrano una crescita ottimale in acque relativamente calde, tra 19 e 28 °C, ma incontrano difficoltà sorprendenti appena oltre questo range. Infatti, la divisione cellulare rallenta drasticamente in acque che superano i 30 °C, riducendosi a un terzo del tasso registrato nelle acque più fresche. “La loro temperatura di burnout è molto più bassa di quanto pensassimo”, afferma Ribalet. Queste scoperte sono fondamentali per comprendere come i cambiamenti climatici possano influenzare la biodiversità marina.
Strategie di adattamento di Prochlorococcus
Le acque tropicali, caratterizzate da un basso contenuto di nutrienti a causa del loro calore, limitano il riciclo verticale di nutrienti dalle profondità oceaniche. Prochlorococcus e altri cianobatteri hanno sviluppato diverse strategie di adattamento, tra cui la loro ridotta dimensione e un genoma essenziale. Tuttavia, questa semplificazione potrebbe aver comportato la perdita di geni antichi legati alla risposta allo stress, limitando così la loro resilienza di fronte a un rapido aumento delle temperature. Questo scenario potrebbe favorire Synechococcus, un altro gruppo di cianobatteri che prospera nei tropici e nei subtropici. Sebbene Synechococcus possa tollerare acque più calde, ha bisogno di una maggiore disponibilità di nutrienti. Se dovesse approfittare di un eventuale declino di Prochlorococcus, le conseguenze sulle reti alimentari rimangono incerte.
Prospettive future per Prochlorococcus
Lo studio prevede che, entro la fine di questo secolo, la produttività di Prochlorococcus potrebbe diminuire del 17% nei tropici in uno scenario di riscaldamento moderato e del 51% in uno scenario di riscaldamento più severo. A livello globale, si stima una diminuzione del 10% in caso di riscaldamento moderato e del 37% in uno scenario più estremo. Ribalet osserva che il range geografico di Prochlorococcus si espanderà verso i poli, sia a nord che a sud. “Non scompariranno, ma il loro habitat cambierà”, afferma. Gli autori dello studio riconoscono alcune limitazioni, tra cui una metodologia che potrebbe non rilevare ceppi rari resistenti al calore. Sebbene i dati raccolti coprano diverse regioni oceaniche, molte aree tropicali cruciali rimangono escluse dall’analisi. “Questa è la spiegazione più semplice per i dati che abbiamo ora”, conclude Ribalet. “Se emergessero nuove evidenze di ceppi tolleranti al calore, accoglieremmo con favore quella scoperta. Offrirebbe speranza per questi organismi critici.” La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Microbiology.
