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