Come il plancton affronta le turbolenze

Il plancton del mare è in continuo movimento. Durante il giorno, le minuscole creature nuotano attivamente verso la superficie del mare inondata di luce con l'aiuto di flagelli, dove svolgono la fotosintesi. Di notte, si spostano a 10-20 metri di profondità, dove l'apporto di nutrienti è migliore e sono più al sicuro dai predatori.

Tuttavia, il plancton incontra una serie di avversità durante la sua migrazione quotidiana. Durante la risalita (o la discesa), devono attraversare strati d'acqua con turbolenze. Queste turbolenze, soprattutto i vortici più piccoli e millimetrici, possono essere pericolose per i microrganismi sottili: Il plancton viene fatto vorticare come in una minuscola lavatrice. Questo può danneggiare gravemente, ad esempio, gli organi di propulsione o gli involucri cellulari. Nel peggiore dei casi, gli organismi possono morire a causa delle turbolenze.

Comportamento migratorio osservato nelle microcamere

Tuttavia, alcune alghe fitoplanctoniche hanno sviluppato meccanismi sofisticati per evitare la perdita totale della loro popolazione. Lo dimostrano i ricercatori post-dottorando Anupam Sengupta e Francesco Carrara e Roman Stocker, professore dell'Istituto di ingegneria ambientale dell'ETH di Zurigo, in uno studio appena pubblicato sulla rivista scientifica Nature.

I tre scienziati hanno studiato il comportamento migratorio di Eterosigma akashiwo,L'alga è nota per la produzione di fioriture algali tossiche. Per studiare il comportamento di nuoto dell'alga, i ricercatori hanno utilizzato una piccola camera con un volume di pochi millimetri cubi, in cui hanno inserito cellule di eterosigma. La camera poteva essere ruotata continuamente attorno al suo asse orizzontale grazie a un motore controllato da un computer e quindi inclinata ripetutamente di 180 gradi. In questo modo, gli scienziati sono riusciti a imitare il modo in cui i più piccoli vortici oceanici capovolgono le cellule nell'acqua.

Immergersi in una saggia previsione

Gli scienziati hanno potuto osservare che la popolazione di alghe in aumento si divide in due gruppi di uguali dimensioni. Un gruppo di cellule continuava a muoversi verso la superficie, mentre gli altri nuotavano nella direzione opposta. In una camera stazionaria, invece, tutte le cellule nuotavano verso l'alto.

I ricercatori hanno anche scoperto la ragione del diverso comportamento di nuoto: le cellule possono cambiare attivamente la loro forma. Le cellule che nuotano verso il basso diventano quasi a forma di uovo, mentre quelle che nuotano verso l'alto sono più a forma di pera. La deviazione è di poco meno di un micrometro. "È spettacolare che una cellula di poco meno di 10 micrometri possa adattare la propria forma per cambiare la direzione di nuoto", afferma Francesco Carrara, coautore dello studio.

Adattamento perfetto

Per Roman Stocker, il meccanismo osservato non è una semplice coincidenza. "L'alga si è adattata perfettamente al suo habitat oceanico: Può nuotare attivamente, percepire una serie di segnali ambientali diversi, adattarsi e regolare il suo comportamento di conseguenza". Anupam Sengupta aggiunge: "Ora abbiamo una migliore comprensione di come i microrganismi affrontano le situazioni potenzialmente pericolose, ma al momento possiamo solo ipotizzare il motivo per cui lo fanno".

I ricercatori ritengono che la divisione della popolazione in due gruppi dia alla specie un vantaggio evolutivo. In caso di pericolose turbolenze, nel peggiore dei casi si perde solo metà della popolazione, anziché l'intera. Le cellule che nuotano verso il basso hanno lo svantaggio a breve termine di ricevere troppa poca luce per la fotosintesi in profondità e non possono crescere. I ricercatori hanno anche dimostrato che i segnali emanati dalla turbolenza sottopongono le alghe a uno stress fisiologico. Le cellule che sono state fatte vorticare nel loro esperimento hanno subito uno stress maggiore rispetto a quelle che si trovavano in camere ferme.

Il cambiamento climatico influenza la turbolenza

I ricercatori intendono ora osservare il comportamento delle alghe in una vasca più grande, dove le alghe non saranno esposte solo al "tilting", ma a una vera e propria turbolenza. Conoscere il comportamento del plancton è importante: "Poiché i cambiamenti climatici modificheranno l'intensità della turbolenza negli oceani a seconda della regione, è essenziale capire come reagiscono gli organismi che costituiscono la base dell'intera catena alimentare. Il nostro studio aggiunge un nuovo tassello a questo complesso puzzle, dimostrando che il fitoplancton non è semplicemente in balia della turbolenza, ma può affrontarla attivamente", sottolinea l'ETH.