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LA BIODIVERSITÀ: UNA RISORSA ESSENZIALE DELLA NATURA. CONOSCENZA E VALORIZZAZIONE ATTRAVERSO LA SCUOLA 2010: Anno Internazionale della Biodiversità La biodiversità marina Adriana Zingone Laboratorio di Ecologia ed Evoluzione del Plancton Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli Indice •Caratteristiche della biodiversità marina •Ruolo funzionale della biodiversità marina •Cause e conseguenze della perdita di biodiversità in mare Caratteristiche •Bassa diversità a livello specifico •L'oceano ricopre il 70% della superficie terrestre •L’ecosistema marino è di gran lunga quello che occupa uno spazio maggiore 1,8 milioni di specie descritte Circa 270 000 marine (15%) Caratteristiche •Bassa diversità a livello specifico 4%! Benton 2001 Caratteristiche Nel mare, alta diversità ad elevato livello tassonomico 34 phyla nel mare, 17 nelle acque dolci, 15 sulle terre emerse 1,8 milioni di specie descritte Ca 270 000 marine 1,4%! (15%) Caratteristiche •Gradienti di biodiversità: •PIU’ diversità in acque tropicali ? •MENO diversità da ovest a est nel Pacifico e Atlantico ? tropicale •MENO diversità con la profondità •PIU’ diversità negli ambienti a bassa energia •PIU’ diversità negli ambienti ad alta produttività •PIU’ diversità a livelli intermedi di disturbo ? Perchè la diversità marina è bassa? CAUSE SOGGETTIVE •Ambiente più difficile da studiare •Organismi con caratteri tassonomici più variabili e poco distintivi LA DIVERSITA’ MARINA E’ POCO NOTA CAUSE OGGETTIVE: •Ambiente più omogeneo •Scarsità di specie strutturanti Perchè la diversità marina è bassa? •Poche specie strutturanti, a distribuzione limitata Barriere coralline Praterie di Posidonia oceanica La vita nel mare organismi che sono trasportati Organismi capaci di nuotare con i propri mezzi Organismi che vivono a stretto contatto con il fondo L’invisibile foresta del mare Le microalghe marine possono cambiare il colore degli oceani: piccole...ma di grande effetto! L’albero della vita Kieling 2002 Al microscopio ottico Al microscopio elettronico Oggetti d’arte NESSUN RUOLO FUNZIONALE (Haeckel,1904) Il lato Skeletonema oscuro della biodiversità marina dohrnii Moltissime specie ancora da scoprire Moltissime specie “criptiche” (stessi caratteri morfologici, profonda diversità molecolare) Skeletonema costatum 1 µm Phaeocystis cordata Prorocentrum nux Cocconeis scutellum var. posidoniae Il lato oscuro della biodiversità marina Diversità molecolare Negli anni ’90: primi studi filogenetici e tassonomici basati su dati molecolari Skeletonema pseudocostatum Skeletonema pseudocostatum Skeletonema costatum Skeletonema costatum - elevata diversità - i dati molecolari permettono di assegnare un valore tassonomico a differenze ultrastrutturali anche minime - limite dei criteri morfologici (specie criptiche e pseudocriptiche) Diversità molecolare Diversità molecolare Approcci metagenomici: •Filtrazione di campioni di acqua di mare •Estrazione del DNA •Pirosequenziamento (milioni di sequenze) •Identificazione delle sequenze •Imaging dei campioni Scoperta di una grande diversità ignota NESSUN RUOLO FUNZIONALE (Haeckel,1904) Ruolo funzionale della biodiversità marina 100 miliardi di tonnellate/anno di carbonio sono trasformate in materia organica 50% dalle piante terrestri e 50% dal fitoplancton Ruolo funzionale della biodiversità marina il ruolo del fitoplancton a mare ossigeno FOTOSINTESI CLOROFILLIANA Il bosco invisibile Acqua e anidride carbonica Ruolo funzionale della biodiversità marina lo zooplancton il fitoplancton l'invisibile pascolo del mare Aumento di ossigeno nell’atmosfera nella storia della terra (secondo U. LEHMANN, G. HILLMER, 1980) % dell’ossigeno presente oggi Ruolo funzionale della biodiversità marina Non abbiamo fatto l'atmosfera...l'abbiamo solo resa respirabile! 4 tempo (109 anni) 3 2 1 100 10 1 0.1 Transizione Precambriano–Cambriano Per dirla con Sir David Attenborough, “Senza alghe, non ci sarebbe vita sulla terra, i mari sarebbero sterili e la terra e le terre emerse sarebbero deserte” Ruolo funzionale della biodiversità marina atmosfera Durante un bloom di E. huxleyi è stato misurato un aumento di DMS da 3 a 15 nMol l-1 mare DMS Servizi forniti dalla biodiversità marina • Rimozione di CO2 • Produzione di O2 • Regolazione del clima • Sostanze farmaceutiche •Turismo e attività ricreative • Cibo Le microalghe marine tossiche Possono produrre tossine che causano avvelenamento nell’uomo attraverso il consumo di mitili… …o morie di pesci.. ...o cambiamenti del colore dell’acqua di mare con danni al turismo 45 TAXA POTENZIALMENTE DANNOSI IN CAMPANIA Cambiamenti nel tempo Da Sala e Knowlton Ricolonizzazione Ricolonizzazione (barriere coralline, pendici di vulcani) in aree con impatto antropico Cambiamenti nel tempo WWF –Indice delle specie marine: Consistenza delle popolazioni di 117 specie Artiche e Atlantiche, 105 specie Pacifiche, 15 dell’Oceano Indiano e 30 dell’Oceano Meridionale: Declino del 30% in 30 anni Tricyclusa singularis Stiamo distruggendo la biodiversità marina prima ancora di averla studiata? Cambiamenti nella biodiversità marina Il nostro patrimonio totale di biodiversità ci ha messo miliardi di anni per assemblarsi; lo stiamo rovinando in pochi decenni Ornstein R. e Ehrlich P. 2001, New World, New Mind Cambiamenti nella biodiversità marina CAMBIAMENTO CLIMATICO TEMPERATURA, VENTO PIOGGIA TEMPERATURA IDROGRAFIA (Circolazione, stabilità verticale, apporti di nutrienti, etc.) Produttori primari Rapporti trofici Cicli biogeochimici Produttori secondari etc. CZCS, North Atlantic, June 1991, courtesy of S. Groome and P. Holligan LANDSAT,English Channel, 24 July 1999 Courtesy of A.Wilson and S.Groom Emiliania huxleyi • pompa biologica (CO2/02) • Produce DMS • Favorisce la sedimentazione rapida della materia organica SeaWiFS., Ehux blooms in the Black Sea, June 2000 un aumento di pCO2 porta ad una malformazione dei coccoliti (Riebesell et al. 2000) Trends della biogeografia mediterranea “MERIDIONALIZZAZIONE” Estensione verso nord ed incremento di biomassa di specie termofile e regressione di specie boreali TROPICALIZZAZIONE” “immigrazaione e colonizzazione di specie non indigene Progetto VECTOR Linea 4 - Attività 4.3 Specie termofile/alloctone F. Andaloro, ICRAM Specie introdotte Specie introdotte Una new entry dal 2004: Skeletonema tropicum Introduzione? Ballast waters? S. tropicum del Mediterraneo è diverso geneticamente da S. tropicum dei Caraibi L’eutrofizzazione è un processo che porta ad un aumento dell’arricchimento organico, generalmente attraverso un aumento nella disponibilità dei nutrienti (Nixon 1995) Hong Kong Harbor Chesapeake Bay Dinamiche trofiche Introduzione/espansione di specie alloctone Aumento di specie tossiche Presenza di batteri patogeni Torbidità e colorazioni anomale; anossie Ostreopsis ovata: Quando e dove ? 2004 2004 1998,2002,2003 1972 1979 2003 1989 1980 DANNI PRESENZA Ostreopsis ovata 2004 2006 1972 2004 1998 2004 2006 1979 1997 2004 2003 1989 2002 2004 1997 2004 2007 2003 2006 2006 2000 2006 1999 2000 2004 records 2003 1980 2003 2005 2003 2005 blooms toxic oubreaks www.bentoxnet.it La composizione specifica nella rete trofica Cambiamento climatico Aumento della stratificazione Aumento di organismi azotofissatori e di picofitoplancton Variazioni nei flussi di nutrienti Struttura della rete trofica Pesca Nord Pacifico Subtropicale (Karl 2001) nutrienti Carbonio organico Impatto della pesca 1957 Anni ‘80 2007 Impatto della pesca Fig. 3. Global loss of species from LMEs. (A) Trajectories of collapsed fish and invertebrate taxa over the past 50 years (diamonds, collapses by year; triangles, cumulative collapses). Data are shown for all (black), species-poor (<500 species, blue), and species-rich (>500 species, red) LMEs. Conseguenze Worm et al. 2006, Science Sommario Biodiversità marina: Poche specie, molti phyla Non abbiamo fatto l'atmosfera...l'abbiamo solo resa respirabile! Conoscenze limitate e controversie Importanza degli organismi di piccola taglia Diversità funzionale (DMS, reti trofiche, alghe tossiche) Cambiamenti in tempi ecologici e geologici Sensibilità del sistema marino all’impatto climatico ed antropico Possibili conseguenze delle variazioni di biodiversità
