Le attività svolte durante il secondo anno di dottorato di

RELAZIONE DEL II ANNO DI DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE CHIMICHE XVIII CICLO
ARDUINO MASSIMO DATTILO
Le attività svolte durante il secondo anno di dottorato di ricerca si collegano, ovviamente, a quanto
svolto nel primo anno di dottorato. L’indagine sulle caratteristiche ottiche degli ecosistemi acquatici
è stata ampliata ad ecosistemi marini, oltre agli ecosistemi lagunari menzionati nella relazione del
primo anno. L’interazione tra radiazione elettromagnetica e organismi viventi è stata studiata in una
specie vegetale, usando radiazione a bassa frequenza (50Hz).
La misura dell’estinzione della radiazione solare lungo la colonna d’acqua è risultato essere un
aspetto indispensabile per la conoscenza delle proprietà chimico fisiche del corpo d’acqua, per la
stima dell’energia disponibile al suo interno, per l’individuazione della radiazione necessaria e
potenzialmente dannosa per la componente biotica. È noto dalla letteratura che attraverso le misure
spettrali di penetrazione della radiazione UV e PAR è possibile differenziare diversi tipi di acque,
studiare il ruolo della componente disciolta e sospesa e avere indicazioni della radiazione
potenzialmente dannosa per la componente biotica. In particolare il fitoplancton, alla base della
catena alimentare acquatica e importante serbatoio per la conversione di anidride carbonica in
ossigeno, se sottoposto a dosi elevate di radiazione UV e PAR può evidenziare malfunzionamento
del sistema fotosintetico; nonostante esso sia in grado di orientarsi e migrare verticalmente lungo la
colonna d’acqua per ottimizzare il flusso di radiazione che lo investe si possono verificare effetti di
decolorazione dei pigmenti di clorofilla (Photobleaching), modifiche nella struttura del DNA, danni
a livello cellulare, inibizione della mobilità e orientazione spaziale.
Nell’ambito di due campagne oceanografiche svolte in collaborazione con alcuni gruppi del
Consiglio nazionale delle Ricerche (CNR) all’interno di un progetto di ricerca MIUR si sono
eseguite misure spettroscopiche di radiazione solare. Tali campagne si sono svolte nel maggio 2003
e nel febbraio 2004; la prima all’interno del golfo di Manfredonia (basso Adriatico), la seconda tra
il basso Tirreno e l’alto Ionio, all’interno dello stretto di Messina. In ognuna di esse si sono svolte
misure di penetrazione della radiazione solare all’interno del corpo d’acqua. Nelle stazioni
selezionate sono stati eseguiti profili di radiazione a differenti profondità, nella banda spettrale
290nm - 800nm, mediante l’uso di uno spettroradiometro munito di sonda immergibile fino ad una
profondità di 20m. Tramite l’utilizzo di un ulteriore spettroradiometro in grado di misurare
radiazione UV a quattro lunghezze d’onda e radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) sono state
implementate le misure di luce fino ad una profondità massima di 100m. Sono stati prelevati ed
analizzati otticamente campioni di acqua a diverse profondità, in funzione delle misure di
fluorescenza naturale. Queste sono state possibili grazie all’utilizzo di una sonda CTD – FI che ci
ha fornito, inoltre, profili di temperatura, salinità, e ossigeno disciolto. L’analisi dei dati ci ha
permesso di calcolare il coefficiente di estinzione spettrale, la lunghezza d’onda corrispondente al
suo valore minimo, ?la profondità di penetrazione spettrale del 1% e 10% della radiazione misurata
appena al di sotto della superficie, la profondità di penetrazione dell’1% di radiazione subsuperficiale nelle bande spettrali UVB – UVA e PAR. Mediante i dati di radiazione spettrale
misurati nella colonna d’acqua si è calcolata l’irradianza pesata con lo spettro di danno al DNA e
con lo spettro di inibizione della fotosintesi, al fine di ottenere informazioni sul potenziale effetto
della radiazione solare all’interno della zona eufotica (zona delimitata da profondità z = 0m fino a
profondità per la quale si misura l’1% della radiazione PAR in superficie). Dalle analisi
spettrofotometriche dei campioni d’acqua a diverse profondità sono stati calcolati i valori di
concentrazione del CDOM (Chromophoric Dissolved Organic Matter). Le diverse concentrazioni di
CDOM nei siti di misura e le differenti modalità di estinzione spettrale della radiazione solare
hanno permesso di individuare acque più o meno trasparenti alle diverse lunghezze d’onda e di
ipotizzare una selezione delle specie di fitoplankton in funzione della profondità in virtù
dell’estinzione di parte della radiazione fotosinteticamente attiva lungo la colonna d’acqua.
L’attività svolta ha fatto emergere l’importanza delle misure di spettroscopia ambientale per la
distinzione di masse d’acqua e per l’indagine della quantità e degli effetti della radiazione solare
sulla parte biotica e abiotica all’interno del corpo d’acqua.
Con obiettivi simili si è svolta, per il secondo anno, l’indagine riguardo le qualità delle acque
del lago Vittoria. Le misure di radiazione solare sono state una parte dell’attività previste nel
progetto europeo che ha permesso di effettuare ricerche circa le caratteristiche chimico fisiche di
alcune zone all’interno del lago. La zona oggetto di studio è stata la parte Nord-orientale (Kenia),
alcune baie in cui sono state effettuate misure di attenuazione solare nello spettro UV-visibile (290800nm), misure di DOM, di clorofilla e dei principali parametri chimico fisici. Come è noto la
presenza della zona umida e delle vaste estensioni di papiro galleggiante garantisce un rifugio per
molte specie viventi e inoltre rilascia in lago grandi quantità di materia organica disciolta (DOM).
Questa rappresenta, all’interno delle baie, un importante fattore nella preservazione della
biodiversità acquatica, essendo tra i principali fattori di schermo della radiazione ad onda corta
potenzialmente dannosa. Per tale motivo si è sviluppato un modello che potesse rappresentare
l’andamento della concentrazione di DOM al variare della tipologia della costa e funzione della
presenza o meno di fiumi e corsi d’acqua (in genere fattori di apporto di DOM quando il loro corso
si trova nella zona umida). Anche in questo contesto sono stati sviluppati gli algoritmi e i
coefficienti legati alla penetrazione della radiazione solare all’interno della colonna d’acqua,
attraverso l’uso di spettroradiometri e sonde multiparametriche.
L’indagine degli effetti di radiazione elettromagnetica non ionizzante su organismi viventi ha
riguardato gli effetti di un campo magnetico a 50Hz sulla germinazione e sviluppo di polline di
Actinidia deliciosa (Kiwi). Sono stati fatti germinare i grani di polline sotto influenza del campo
magnetico prodotto da un solenoide e si sono registrate le percentuali di germinazione. Dei grani
germinati si è seguito lo sviluppo fenologico, sempre sotto l’azione del campo, in particolare si sono
osservate le caratteristiche di crescita del tubetto pollinico. A livello morfologico si sono osservate
delle anomalie nella struttura del tubetto, anomalie che si possono riassumere in una conformazione
“ad elica” dello stesso. Tale evento si è verificato in misura statisticamente significativo (P<0.001)
nel campione esposto a campo magnetico rispetto al controllo. L’indagine preliminare svolta in
collaborazione con un gruppo del dipartimento di Scienze Ambientali dell’Università della Tuscia
verrà ripetuta al fine di avere conferma dell’effetto della perturbazione sullo sviluppo della specie in
studio e per svolgere indagine approfondita, tramite microscopia elettronica e a fluorescenza,
sull’eventuale effetto sulle strutture citoscheletriche del tubetto pollinico.