Piccole creature, grande impatto

Le diatomee sono molto diffuse e vivono nei corsi d'acqua, nei fiumi e nei laghi, ma anche nell'acqua salata degli oceani di tutto il mondo. Questi organismi unicellulari, noti anche come diatomee, sono particolarmente dominanti nell'Oceano meridionale intorno all'Antartide. Se sono disponibili luce e nutrienti sufficienti, le diatomee possono moltiplicarsi in modo esplosivo. Il risultato è una fioritura algale.

Durante il loro rapido sviluppo, le diatomee estraggono grandi quantità di oligoelementi e sostanze nutritive dallo strato d'acqua superiore, in particolare il silicio per la costruzione del loro guscio e lo zinco come componente di importanti enzimi. Il grave impoverimento di nutrienti dovuto alla fioritura algale è chiaramente visibile nello strato d'acqua superiore e influenza la chimica oceanica di gran parte degli oceani del mondo, come dimostra un team di ricercatori guidato da Derek Vance, professore di geochimica e petrologia all'ETH di Zurigo, in una pubblicazione su "Nature Geoscience".

Le diatomee consumano sostanze nutritive

I ricercatori possono leggere l'aumento di massa delle diatomee dai profili di profondità delle concentrazioni di zinco e silicio nelle acque di vari oceani: i profili sono identici per i due elementi, con una riduzione significativa nel chilometro più alto della colonna d'acqua. I ricercatori interpretano questo fenomeno come una combinazione dell'attività biologica delle diatomee, che priva lo strato d'acqua più alto intorno all'Antartide dei suoi nutrienti, e del trasporto di queste masse d'acqua impoverite di nutrienti verso altri oceani da parte delle correnti prevalenti.

Lo strato superiore dell'acqua, svuotato di sostanze nutritive, scorre superficialmente verso l'equatore. Tra i 45 e i 50 gradi di latitudine, affonda sotto uno strato superficiale più caldo. Questo strato intermedio di acqua si estende fino agli oceani più settentrionali e non si mescola completamente con gli altri strati. Rimane quindi povero di nutrienti.

Non tutte le acque superficiali dell'Antartide scorrono verso l'equatore. Il ghiaccio marino che si forma vicino al continente antartico rende l'acqua superficiale molto salata e densa. Quest'acqua densa affonda in profondità. Inoltre, la fioritura algale termina bruscamente non appena i nutrienti si esauriscono. Anche le diatomee affondano nell'oceano profondo dopo essere morte in massa. Mentre affondano, alcune cellule vengono ingerite da piccoli animali marini ed espulse nelle loro feci.

Nelle profondità marine, le cellule si decompongono e lo zinco e il silicio tornano nell'acqua di mare, a 5000 metri di profondità. A questa profondità, i due oligoelementi rimangono intrappolati e si accumulano.

L'acqua profonda scorre infine in un ampio anello verso l'equatore e di nuovo verso l'Antartico, dove galleggia verso l'alto, trasportando i nutrienti arricchiti alla superficie dell'acqua inondata di luce. Il ciclo di riproduzione delle diatomee può ricominciare.

Contraddizione chiarita

Con il loro approccio che combina il ciclo di vita delle diatomee con le correnti oceaniche prevalenti dell'Oceano Meridionale, i ricercatori guidati da Vance risolvono anche il paradosso per cui i profili di profondità di silicio e zinco coincidono, sebbene le due sostanze siano utilizzate in parti diverse delle cellule.

Lo zinco è necessario per gli enzimi nella parte organica della cellula, mentre il silicio forma il guscio inorganico. Ci si aspetta che la parte organica della diatomea si decomponga vicino alla superficie dell'acqua e il guscio inorganico negli strati più profondi. Questo porterebbe a profili di distribuzione diversi, ma non è stato osservato. I ricercatori spiegano quindi questo fatto con il fatto che la decomposizione delle cellule morte non avviene in superficie, ma solo a media profondità, dove le cellule algali morte affondano. Lì, sia la parte organica che quella anorgica si decompongono e i due oligoelementi vengono rilasciati nella stessa massa d'acqua.

Assunzione accidentale di zinco?

Secondo l'ETH, non si sa ancora perché le diatomee assorbano una quantità relativamente elevata di zinco, nonostante il loro fabbisogno sia basso. Una possibile spiegazione è che gli organismi abbiano proteine di trasporto che trasportano il ferro vitale nella cellula. Tuttavia, il ferro è scarso nell'acqua di mare. "Per assorbire quanto più ferro possibile, queste proteine di trasporto possono essere iperattive. Come effetto collaterale, assorbono anche ioni metallici doppiamente caricati positivamente in modo non specifico, compreso lo zinco", spiega Vance.

Raccolta di diatomee durante una spedizione

Per verificare questa ipotesi, un dottorando e due post-dottorandi del Vance stanno partecipando all'attuale spedizione di ricerca svizzera intorno all'Antartide (Antarctic Circumpolar Expedition) (Notizie dell'ETH) partecipano. Raccolgono campioni di acqua di mare e coltivano le diatomee che contengono nel laboratorio di bordo sottoponendole a diverse dosi di nutrienti. Alcune diatomee ricevono il ferro come fertilizzante, ad esempio.

I ricercatori vogliono scoprire l'effetto di questo oligoelemento sulla crescita delle cellule. L'analisi chimica del guscio e delle cellule avrà luogo presso l'ETH di Zurigo solo al termine della spedizione, poiché è necessario uno speciale spettrometro di massa per misurare le quantità estremamente ridotte di oligoelementi presenti nei gusci delle diatomee.

Sapere come le diatomee plasmano i cicli di materia negli oceani del mondo è importante per poter valutare le potenziali conseguenze dei cambiamenti climatici. "Se la temperatura aumenta a causa del riscaldamento globale o la salinità dell'acqua marina diminuisce, anche le correnti oceaniche e quindi la distribuzione di oligoelementi e nutrienti potrebbero cambiare, influenzando a loro volta le diatomee e la loro attività biologica", sottolinea Vance.