Fioriture algali dannose e biotossine

PROF.SSA PEZZOLESI

04/11/22 v

BLOOM ALGALI

Sono eventi naturali. Possiamo suddividerli in:

- Ricorrenti o stagionali: primaverili, autunnali, delle zone di upwelling

- Inusuali rispetto al ciclo planctonico annuale: harmful algal blooms -> non necessariamente è tossico, ma può

essere dannoso anche solo per la biomassa che produce

In un sistema in equilibrio i nutrienti passano dal fitoplancton agli eterotrofi (organismi che si cibano del fitoplancton)

o alla parte batterica (che remineralizza la sostanza organica) -> quindi poi abbiamo picco di sostanza organica -> picchi

di sedimentazione della sostanza

I bloom alterano la microbial food web caratteristico della zona superficiale degli ecosistemi pelagici. Normalmente

la biomassa degli autotrofi non è molto elevata e quella degli eterotrofi è diverse volte più alta. Durante i blooms

avviene l’inverso e ad aumentare è il fitoplancton più grande che non può essere fonte di cibo per gli organismi più

piccoli

HAB = harmful algal blooms -> è un termine relativo e indica un aumento numerico che può essere superiore ai normali

livelli oppure che si traduce in qualche effetto osservabile. In genere l’aumento è riferito a una sola specie

A livello di aspetto sono tantissime le manifestazioni che si possono avere -> colorazioni diverse (dipendono dal

corredo di pigmenti) + forme diverse (specie planctoniche a livello della colonna d’acqua o specie bentoniche sopra o

fioriture di alghe che producono sostanze mucillaginose che producono schiume)

Nel mondo della ricerca sulle HABs ci sono tante domande: Quali fattori ambientali stimolano gli HABs? Quali gruppi

e specie producono HABs? Quanto sono diversificati tra loro e dalle specie non-HABs? Esistono trend temporali

(frequenza, durata, composizione)? Possiamo predire gli eventi HABs e la loro intensità? Come possiamo mitigare gli

HABs e i loro effetti?

Organismi causativi -> delle circa 5000 specie di microalghe planctoniche finora identificate, sono circa 200 le specie

che causano eventi negativi; tuttavia il numero delle specie dannose tende ad aumentare. C’è un sito con la lista delle

alghe dannose: IOC-UNESCO http://www.marinespecies.org/hab/

Le specie dannose sono ampiamente distribuite in varie categorie tassonomiche: cianobatteri, dinoflagellate,

haptofite, diatomee (sono poche), raphidophicee, pelagophycee, dictyochophyceans

Come vengono suddivisi gli organismi? Organismi produttori di tossine (possono avere effetto su altri organismi e

anche uomo) + organismi che producono un’elevata biomassa (dannosa per l’ambiente – es. problematiche di anossia

o poca penetrazione luce) + organismi che hanno entrambe le caratteristiche

Le specie che producono tossine causano danni alla salute umana quali: biointossicazioni alimentari per consumo di

molluschi (ci sono controlli e leggi che stabiliscono i limiti) o pesci tropicali (ci sono pochi pesci – ma problematica si

aggrava quando pesci piccoli che mangiano alghe poi vengono mangiati da pesci più grandi che vengono mangiati

dall’uomo – anche qui ci son leggi e normative) + problemi respiratori (ci sono tossine che vanno nell’aerosol marino)

+ irritazioni della pelle

Le specie che producono elevata biomassa possono determinare danni all’ecosistema e alle attività ricreazionali:

danni all’ecosistema marino (anossia, danni meccanici (intasamento – problematiche fisiche per animali filtratori per

esempio), passaggio luce limitato, cambiamento della comunità e della rete trofica) + impatto sul turismo e sull’uso

ricreazionale della costa (discolorazione, cattivi odori, accumulo di schiuma o di sostanza mucosa, accumulo rifiuti)

Gli eventi caratterizzati da elevata biomassa e produzione di tossine sono solitamente associati a impatto sulle risorse

marine viventi ovvero a morie di pesci dovute a varie cause: tossicità diretta (tossina tossica anche per il pesce) +

emolisi (branchie che a contatto con sostanze tossiche danno emolisi e perdono loro funzionalità)

Quadro riassuntivo degli effetti. HAB -> tossici

che possono portare a morte di mammiferi

marini, o impatto con uccelli marini, o uomo ->

caso di diatomee con ASP (sindrome di tipo

amnesico) o dinoflagellate (sindromi paralitiche

PSP, NSP neurotossiche, CFP il vettore è il pesce,

DSP diarrea). Oppure possiamo avere HAB non

tossici -> legate a problematiche di

eutrofizzazione, intasamento branchie pesci e

problemi emolitici che portano a morie di pesci,

oppure bloccaggio luce che porta a

problematiche alla comunità bentonica, oppure

problematiche legate alla food web che

innescano meccanismi sugli altri organismi

4 fasi nella dinamica dei bloom. Indipendentemente dalla biomassa che si sviluppa un bloom passa attraverso degli

stadi sequenziali di sviluppo: inizio, crescita, mantenimento, dispersione/terminazione

Fase iniziale. Ci deve essere inoculo di cellule per la creazione del bloom. Queste cellule possono essere suddivise in

tre categorie:

1. Oloplanctoniche: la popolazione di partenza esiste tutto l’anno a basse concentrazioni e tollera un ampio range

di temperatura

2. Meroplanctoniche: durante l’anno si alternano forme planctoniche e stadi di resistenza o di cisti bentoniche

3. Popolazioni trasportate: provengono da altre zone e rappresentano per lo più lo stadio finale di un bloom. Il

trasposto può avvenire per cause naturali o attraverso l’uomo. In molti casi il trasporto avviene in casi di

resistenza

Crescita. In generale la crescita delle macroalghe avviene a carico di stadi asessuali (aploidi o diploidi). La velocità di

crescita delle specie HAB è tendenzialmente più bassa delle specie non HAB -> non performanti dal punto di vista di

strategia di crescita, ma lo diventano quando trovano le condizioni ottimali e prendono il sopravvento sulle altre

specie. Negli organismi dannosi le velocità di crescita maggiori si hanno per le specie ad alta biomassa non tossiche

Il mantenimento o accumulo di biomassa è influenzato da fattori fisici o chimici che aumentano la velocità di crescita

e/o limitano la dispersione. Es. di fattore è la temperatura, moto ondoso, idrodinamismo, pH

Dispersione/terminazione -> la terminazione di un bloom viene attribuita a fattori quali: dispersione per cause fisiche

(es. eventi climatici – es. correnti marine inusuali che variano i livelli dei nutrienti), limitazione di nutrienti, grazing,

transizione a stadi vitali diversi (formazione di cisti), morte cellulare programmata

Quali sono le caratteristiche più importanti? Tasso di crescita, capacità della specie di utilizzare i nutrienti (affinità per

i nutrienti) e la luce, resistenza al grazing, capacità di movimento (specie che autonomamente non si possono muovere

lungo la colonna d’acqua sono legate alla presenza di correnti, mentre cellule che presentano flagelli possono scappare

dai predatori e possono andare a prendere i nutrienti – alternanza dinoflagellate e diatomee -> in estate quando la

colonna d’acqua è stratificata vincono le dinoflagellate, mentre le diatomee sono tipiche in inverno quando la colonna

d’acqua si rimescola), cisti di resistenza, produzione di tossine (sul perché producono tossine si è sempre investigato),

capacità di fissazione dell’azoto (vantaggio dei cianobatteri -> competitivi quando l’ambiente sarà in carenza di azoto

perché possono fissare l’azoto atmosferico)

Fattori che determinano l’insorgere di HABs. I bloom algali sono fenomeni che avvengono in varie parti del mondo

sin da tempi antichi, tuttavia vi sono cause scatenanti che sembrano più frequenti in certe zone. Si ritiene che tali

cause consistano in fattori naturali e umani e dalla loro interazione. Sono pertanto implicati aspetti biologici, fisici e

chimici

Fattori abiotici: relativi all’ambiente + dipendenti da fattori chimico/fisici

Fattori biotici: relativi all’organismo + dipendenti dalle interazioni con altri organismi

A tutto questo si aggiungono cause antropologiche (uomo)

Tra i fattori fisico/chimici che influenzano la crescita delle microalghe ci sono:

- Variazioni di temperatura e di salinità: possono determinare stratificazioni e cambiamenti nella struttura della

colonna d’acqua

- Turbolenza della colonna d’acqua

- Quantità e rapporto tra i nutrienti

- Eventi climatici quali la North Atlantic Oscillation e El Nino possono influenzare la variabilità interannuale di

eventi HAB

Tra i fattori biotici abbiamo:

- Velocità di crescita

- Presenza di cicli vitali complessi: caratterizzati da stadi con diversa resistenza alle condizioni avverse

- Velocità di uptake dei nutrienti

- Possibilità di utilizzare fonti organiche di nutrienti (mixotrofia -> autotrofia + eterotrofia -> capacità di usare

sia sostanza organica che inorganica)

- Capacità di movimento nella colonna d’acqua (migrazioni)

- Adattamento a condizioni ambientali che variano da una specie all’altra e all’interno della stessa specie

- Interazioni con altri organismi. Queste possono essere negative (predatori, infezioni virali, competizione) o

positive (utilizzo di nutrienti rilasciati o rigenerati)

Fattori antropogenici:

- Urbanizzazione -> con aumento popolazione si è assistito a aumento delle fioriture (es. Tolo Harbor)

- Turismo stagionale con scarichi elevati di nutrienti (eutrofizzazione)

- Creazione di strutture artificiali nelle zone costiere (creano zone meno dinamiche per quanto riguarda la

circolazione)

- Pesca eccessiva e conseguente diminuzione dei filtratori

- Trasferimento delle specie a causa del commercio di prodotti della molluschicoltura, del rilascio di acque di

zavorra e di rifiuti plastici galleggianti

- Cambiamenti climatici

I bloom algali sono in aumento, questo fatto è stato attribuito a varia cause:

- Aumento di attenzione verso questa problematica rispetto gli anni precedenti

I nuovi bloom potrebbero essere dovuti a popolazioni preesistenti che ad un certo punto vengono scoperte

come tossiche per un miglioramento dei metodi di studio o per l’aumento del numero di osservatori

- Aumento dell’uso delle acque costiere

- Fonti antropogeniche di nutrienti o condizioni climatiche anomali

- Introduzione accidentali di cisti di dinoflagellate

- Cambiamenti climatici

- Overfishing: se mancano i top predators aumentano i pesci piccoli planctivori, lo zooplancton diminuisce e il

grazing non controlla più la popolazione di microalghe

Aumento impianti di acquacoltura: gli allevamenti portano ad un aumento di sostanza organica e della sua

remineralizzazione nell’ambiente. Inoltre l’aumento degli allevamenti ha portato in evidenza la presenza di specie

tossiche che prima non venivano notate

Ballast water: l’introduzione di cisti di