L’acidificazione delle acque altera produzione e percezione dei composti organici volatili di origine vegetale. Essenziali per la vita di molti invertebrati marini
Tra animali giganteschi, organismi fosforescenti e abissi inesplorati, le profondità marine stimolano da sempre l’interesse dei curiosi. Tra gli aspetti più stupefacenti, ancora da indagare, c’è un mondo sommerso costituito da relazioni articolate, invisibile ai nostri occhi ma cruciale per il funzionamento dell’ecosistema marino. È il sistema complesso degli infochimici, metaboliti secondari di origine vegetale, composti volatili in grado di modulare la fisiologia e il comportamento di alcuni invertebrati, definendone le strategie ecologiche. È un meccanismo complicato, messo a punto in milioni di anni di evoluzione, che l’acidificazione dei mari, conseguenza dell’aumento di CO2 in atmosfera, rischia di alterare per sempre. Ad analizzarlo è stato il gruppo di ricerca di Valerio Zupo del dipartimento di Biotecnologie marine della Stazione Zoologica “Anton Dohrn” di Napoli, che insieme a Mirko Mutalipassi, Valerio Mazzella e colleghi di un team internazionale ha pubblicato su Frontiers in Marine Science i risultati di uno studio innovativo.
Olfatto sommerso
«Gli infochimici – spiega Valerio Zupo – sono composti puri che portano informazioni spesso essenziali per la vita degli organismi che li recepiscono. Questi composti volatili sono definiti “odori” e producono effetti importanti pur non avendo necessariamente una funzione fisiologica diretta, al contrario di zuccheri o proteine». I messaggi nascosti negli infochimici volatili possono avere diversi ruoli: servono per stabilizzare le comunità biotiche, per imparare a identificare la tossicità di una molecola, per percepire la presenza di un predatore o persino incidere sui meccanismi di riproduzione e sulla sopravvivenza delle specie. «È bene sottolineare – prosegue l’esperto – che in ambiente acquatico gli odori hanno un’importanza superiore a quella della comunicazione visiva. Lo stesso vale per l’ambiente subaereo (il nostro, nda), anche se razionalmente tendiamo a invertire la considerazione. Un esempio facile: se in tavola vedessimo una pizza al profumo di carbone non ne saremmo attratti; se invece vedessimo un pezzo di carbone al profumo di cioccolata lo mangeremmo. L’olfatto è un senso importante che ha guidato diversi processi evolutivi». E arriviamo così al punto critico: l’acidificazione dell’acqua dei mari – dall’epoca preindustriale il pH è diminuito da 8,2 a 8,1 – causata in gran parte dalle emissioni di natura antropica, sta sconvolgendo il sistema di comunicazione che lega vegetali e invertebrati marini, perché altera la fisiologia di molti produttori di infochimici, modifica le molecole e il modo in cui gli organismi le recepiscono.
Condominio Posidonia
Lo dimostra il lavoro di Zupo e colleghi, incentrato sulle comunità di Posidonia oceanica nel Mediterraneo, che in condizioni favorevoli persistono per centinaia di anni nella stessa area. Sulle foglie delle piante di posidonia vive una ricca comunità in equilibrio, composta da diverse specie: alghe unicellulari, come le diatomee (Cocconeis scutellum e Diploneis sp) e invertebrati vari, tra cui crostacei (gamberetti di prateria, Hippolyte inermis), molluschi (Alvania lineata e Rissoa italiensis) e isopodi (Idotea balthica). Il sistema è ben organizzato. «Basti pensare che le diatomee – riprende – producono alcuni composti che determinano l’inversione sessuale dei maschi di Hippolyte inermis. Diventano femmine pochi giorni dopo l’ingestione, ancora in fase larvale. Abbiamo verificato però che in condizioni di acidificazione non si produce più quel composto. Ipotizziamo che a lungo termine non ci sarà più un numero sufficiente di femmine per garantire la riproduzione». I nostri oceani, al valore attuale di pH 8,1, sono considerati leggermente basici. Ma le ultime stime indicano che se non cambieranno i tassi di emissione di CO2 il pH dell’acqua marina arriverà a un valore di 7,7 entro fine secolo. «Il fenomeno dell’acidificazione – spiega ancora il ricercatore – è stato studiato soprattutto per gli effetti diretti che determina sugli oceani, come lo sbiancamento dei coralli o l’assottigliamento del carapace degli organismi marini. Ma esistono molti effetti indiretti ugualmente gravi, anche se meno evidenti, come quelli legati a relazioni di tipo comunicativo».
Nuove risposte
Per comprendere quali effetti potesse avere l’acidificazione sulla comunicazione, i ricercatori hanno testato diversi casi a pH più e meno acido, servendosi anche dei laboratori naturali disponibili a Ischia, dove alcuni siti costieri ricevono i flussi (vents) di CO2 sottomarina di origine vulcanica, che acidifica localmente le acque, offrendo la possibilità di sperimentare sul campo le ipotesi avanzate in laboratorio. Le diatomee e le macroalghe, produttori di composti volatili, sono state isolate e coltivate a diverse condizioni di acidità (pH 8,2 e 7,7). «Per gli esperimenti le alghe vengono pestate – continua Zupo – simulando un processo di masticazione che attiva i composti. Gli odori estratti si inseriscono in un sistema in cui vengono fatti gorgogliare nell’acqua e l’aria che ne deriva, contenente solo l’odore puro senza substrati, è assorbita su una cartuccia, per poi proporre di nuovo gli odori agli animali all’interno di materiali inerti». Così, attraverso la chemiotassi, cioè analizzando il movimento degli animali rispetto all’odore, i ricercatori hanno potuto studiare le diverse reazioni: avvicinamento, allontanamento o assenza di riconoscimento. Grazie all’analisi di queste risposte è stato possibile interpretare l’evoluzione e la strategia ecologica delle specie, notando differenze nette nelle due situazioni sperimentali, cioè in ambiente più e meno acido. «I risultati non sono univoci per tutte le alghe né per tutti gli odori – conclude il biologo – ma abbiamo dimostrato che esistono gruppi di animali che in condizioni acide reagiscono in maniera opposta ad alcuni composti che per loro hanno un’importanza cruciale, determinando effetti negativi e inaspettati». La rete invisibile sta cambiando, alterando il bouquet di composti volatili rilasciati in acqua e la capacità degli invertebrati di riprodursi, percepire i predatori e comprendere il mondo che li circonda. Il cambiamento delle comunità bentoniche potrebbe poi produrre effetti a cascata con impatti negativi anche sulla nostra specie, dalla riduzione degli stock ittici alla perdita di specie dal potenziale farmaceutico inesplorato. Una buona ragione per proteggere i nostri mari.