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Differenze nei cicli giornalieri dei microrganismi marini

Possiamo immaginare il mare aperto come una megalopoli microbica, brulicante di forme di vita troppo piccole per essere distinte ad occhio nudo. E possiamo anche pensare che in ogni goccia d’acqua potremmo osservare centinaia di tipi diversi di batteri.

Ora gli scienziati hanno ‘aguzzato la vista’ e con i loro potenti microscopi hanno avuto modo di osservare che le comunità di questi microrganismi dell’oceano hanno dei loro propri cicli giornalieri, non dissimili da quelli degli abitanti di una grande città, con ritmi di vita alternantisi tra sonno e veglia, capacità di movimento, lavorare e mangiare pressappoco alla stessa ora.

Scansione al microscopio elettronico di microbi planctonici marini, colorati per contrasto (credit: Università delle Hawaii di Manoa)

Scansione al microscopio elettronico di microbi planctonici marini, colorati per contrasto (credit: Università delle Hawaii di Manoa)

Gli organismi fotoautotrofi, quelli amanti della luce, come i batteri che hanno bisogno di energia solare per essere aiutati nella fotosintesi del cibo elaborato da sostanze inorganiche, mostrano modelli giornalieri di ‘comportamento coordinato’.

Scendono nelle profondità marine durante le ore della notte e risalgono alla superficie durante il giorno, quando necessitano della luce solare per fissare il carbonio.

Nel corso di una ricerca mirata sugli ecosistemi, i ricercatori statunitensi Edward F. DeLong e Elizabeth A.Ottesen hanno scoperto che i comportamenti della maggior parte delle popolazioni marine non è solo governato dall’alternanza luce-buio. Specie differenti presentavano infatti comportamenti coordinati tra i componenti all’interno di una popolazione, ma sfalsati rispetto ad altre popolazioni.

Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science del mese in corso e riferiscono dello studio dei due ricercatori nella stazione di ALOHA, un sito di studio delle profondità dell’oceano e dell’atmosfera, della larghezza di dodici miglia, posto 100 Km a nord dell’isola hawaiana di Oahu.

Lo studio è stato condotto sul campo, preferito al laboratorio, e gli sfasamento sono stati rilevati dalle variazioni dei profili genetici che regolano le attività metaboliche dei microrganismi proprio nel loro ambiente.

Pare una sorta di ‘onda metabolica’ che attraversa l’oceano; o meglio, le popolazioni microbiche dell’oceano.

“Mi piace dire che cantano in armonia”, afferma Edward F. DeLong, che è professore di oceanografia presso l’Università delle Hawaii e a capo del team del Massachusetts Institute of Technology che ha fatto questa scoperta.

“Per ogni specie indicata, le trascrizioni, cioè le informazioni che un gene trasmette per specifiche vie metaboliche, iniziano alla stessa ora ogni giorno, il che suggerisce una sorta di organizzazione temporale a comparti”, dice DeLong, che è stato il primo scienziato ad essere assunto dall’Università sotto gli auspici del progetto ‘Innovazione delle Hawaii’. “E’un nuovo risultato biologicamente e biogeochimicamente rilevante”, assicura.

Le osservazioni sono state rese possibili dalle avanzate tecniche di sequenziamento del RNA nelle comunità microbiche, che consentono di avere profili dell’intero genoma di più specie in una sola volta e frutto di una collaborazione tra il Monterey Bay Aquarium Research Institute e il team di DeLong.

Gli scienziati hanno potuto esaminare diverse specie di batteri mentre esprimevano tipi di geni in diversi, ma coerenti cicli – sveglia, per esempio, tipi di geni necessari per ricostituire poteri di raccolta della luce solare durante la notte, tipi di geni per costruire nuove proteine durante il giorno.

“La regolarità e la tempistica delle singole attività microbiche somiglia alla regolazione delle attività umane: orari di punzonatura negli uffici e spostamenti dei lavoratori, giorno per giorno”, dice DeLong.

La tempistica coordinata dei geni tra le diverse specie di microbi dell’oceano potrebbe avere importanti implicazioni per la trasformazione dell’energia nel mare. I microbi marini sono legati alla salute degli oceani. Ma restano da determinare i meccanismi che regolano questa periodicità.

“Ci sono alcune leggi fondamentali ancora da imparare su come gli organismo interagiscono”, conclude DeLong.

Leonardo Debbia


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