Dal Plancton al dna degli Oceani

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La spedizione oceanografica della goletta Tara è il primo tentativo di realizzare uno studio globale di plancton marino, l’unico ecosistema veramente continuo sulla Terra. Studiare il plancton marino, dicono i ricercatori, è un po’ come prendere il polso del pianeta, in quanto è alla base della catena alimentare e genera metà dell’ossigeno prodotto ogni anno sulla Terra.

E’ molto più vasto e variegato di quanto sospettassero gli scienziati l’ecosistema planctonico marino, descritto  su “Science” in cinque articoli sui risultati delle prime analisi dei dati raccolti dalla spedizione della goletta Tara, che fra il 2009 e il 2013 ha solcato tutti gli oceani, raccogliendo oltre 35.000 campioni in 210 differenti punti.La mappa degli ecosistemi ottenuta, la prima a scala globale, permetterà alla biologia marina di fare un salto di qualità paragonabile a quello dovuto alle scoperte della HSM Challenger, il cui viaggio (1872-1876) segnò la nascita delle scienze oceanografiche.

La stupefacente ricchezza dell'ecosistema planctonico

Il percorso dell goletta Tara. ((© Tara Oceans)

Naturalmente i ricercatori della missione Tara hanno avuto a disposizioneben altri strumenti tecnologici: per scegliere i punti di campionamento, per esempio, hanno avuto il supporto dei satelliti in orbita attorno alla Terra. Ciò ha permesso di identificare punti di campionamento rappresentativi delle più diverse realtà marine (punti con correnti di risalita, acque più o meno acide, zone anaerobiche, ecc.)

La spedizione – che ha coinvolto decine di ricercatori di molti paesi, fra cuialcuni della Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli – ha identificato, nel solo fitoplancton, ben 150.000 tipi di organismi eucarioti, un terzo dei quali finora sconosciuto (Colomban de Vargas e colleghi).

La complessità di questo ambiente – a cui dobbiamo circa metà dell’ossigeno generato ogni anno attraverso la fotosintesi – è ancora più evidente se si pensa che i campionamenti hanno riguardato quasi esclusivamente lo strato più produttivo delle acque, quello fino a 200 metri di profondità.

La stupefacente ricchezza dell'ecosistema planctonico
Barriera corallina.(© F.Benzoni /Tara Oceans)

Le analisi sui campioni non si sono limitate al plancton, ma hanno preso in considerazione anche virus, batteri e procarioti, cercando di stabilire le interdipendenze fra di essi. L’analisi del genoma degli organismi raccolti realizzata da Shinichi Sunagawa e colleghi – che ha richiesto l’esame di ben 7200 miliardi di basi nucleotidiche – ha portato all’identificazione di circa 40 milioni di geni differenti, appartenenti a picoeucarioti (eucarioti unicellulari di dimensioni particolarmente piccole), virus e procarioti.

In particolare, grazie all’analisi genetica sono state identificate più di 35.000 specie di procarioti, in grande prevalenza batteri, ma anche archea. I ricercatori hanno anche scoperto che l’abbondanza e la diversità dei batteri nelle acque oceaniche è dettata in primo luogo dalla loro temperatura e in misura molto minore da altri fattori ambientali.

L’analisi del genoma dei virus (Jennifer R. Brum e colleghi) ha dimostrato invece che per quanto la composizione delle loro popolazioni sia influenzata dalla temperatura, è determinata in maggior misura da altre condizioni ambientali regionali.

Integrando questa imponente massa di dati con quelli sui fattori ambientali dei punti di campionamento, i ricercatori (Gipsi Lima-Mendez e colleghi) hanno cercato di definire una mappa delle interazioni fra fitoplancton, zooplancton, batteri e virus, scoprendo che le diverse associazioni di organismi trovate in regioni marine differenti non sono affatto casuali, ma che la loro composizione dipende da fitte reti di rapporti fra di essi.

I ricercatori hanno individuato queste reti grazie alla definizione degli interattomi degli organismi, ossia del complesso di interazioni molecolari che ne regolano il metabolismo (alcuni organismi hanno bisogno per il loro metabolismo di scarti o prodotti metabolici sintetizzati da altri organismi, di cui sono parassiti o simbionti).

I dati sono stati infine sfruttati anche per iniziare a studiare in che modo i cambiamenti ambientali influenzano le comunità marine nel tempo e nello spazio (Emilie Villar e colleghi), usando come “laboratorio” i cosiddetti anelli di Agulhas, correnti ad andamento rotatorio che prendono il nome dal capo Agulhas, il punto più meridionale dell’Africa, e che mettono in contatto masse d’acqua provenienti da ambienti marini molto differenti, come l’Atlantico e l’oceano Indiano.

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