4: biodiversità ed ecologia del benthos

BIODIVERSITA’ ED ECOLOGIA DEL BENTHOS

Il benthos è costituito dal complesso di organismi vegetali ed animali che hanno rapporti più o

meno stretti con il fondale marino. L’insieme dei fondali marini in cui vive il benthos è

denominato DOMINIO o COMPARTO BENTONICO. Si distingue una componente vegetale,

FITOBENTHOS (autotrofo), da una componente animale ZOOBENTHOS (eterotrofo).

DIFFERENZA TRA PLANCTON E BENTHOS:

L’esistenza di un substrato conferisce al sistema bentonico un grado di stabilità e persistenza

temporale superiore rispetto al comparto planctonico.

Il dominio bentonico si distingue da quello pelagico grazie a 3 caratteristiche:

Scala temporale: i processi di rinnovamento (turnover) sono più lenti ed i cicli vitali degli

• organismi più lunghi, ci sono: specie annuali, efemerali ( annuali facoltative), pluriennali

o perenni.

Ruolo della storia: ogni struttura è il risultato di processi sui quali hanno influito

• avvenimenti storici: molti organismi bentonici registrano la loro storia (es: conchiglie…) e

con alcune strutture influiscono sulla storia di atri organismi.

Bilancio energetico: benthos come sistema deficitario in termini energetici. Questo

• deficit è dovuto al fatto che nella maggior parte dei fondali marini non arriva una

radiazione luminosa sufficiente da permettere agli organismi di compiere la fotosintesi e

quindi la produzione primaria, ma viene sfruttata una produzione alloctona, dipende

quindi da altri sistemi con un tasso elevato di turnover. Sono comuni i fenomeni di

accumulo di sostanze nutrituve e detrito.

CLASSIFICAZIONE DEL BENTHOS PER TAGLIA

MEGABENTHOS: benthos visibile ad occhio nudo

MACROBHENTOS: organismi > 0,35mm

MEIOBENTHOS: metazoi < 0,5mm

MICROBENTHOS: organismi unicellulari (batteri, protozoi, diatomee)= nanobenthos + batteri

(picobenthos)

VIRIOBATTERI: organismi adulti > 0,5 mm

organismi giovani< 0,5mm

La taglia degli organismi bentonici può variare da quella di microscopici virus ad alcuni metri. La

componente fotoautotrofa viene studiata mediante il microbenthos, mentre la componente

animale viene inclusa nella meiofauna o meiobenthos. Le abbondanze degli organismi

aumentano esponenzialmente al diminuire della taglia. I valori di abbondanza sono correlati

anche a valori di biomassa delle diverse componenti bentoniche, le quali aumentano

esponenzialmente al diminuire della taglia dimensionale. Esiste anche una relazione inversa tra

la taglia e l’abbondanza. In ambienti poco profondi dominano in termini di biomassa complessiva

la megafauna e la macrofauna, man mano che si scende in profondità le componenti della

meiofauna e dei procarioti diventano prevalenti, per poi avere negli ambienti abissali la

dominanza completa dei procarioti.

FEMTOBENTHOS (o viriobenthos): è costituito da tutti i virus che possono essere estratti

1. dal sedimento marino o dagli organismi che vivono all’interno di esso. (I virus sono delle

entità biologiche di piccolissime dimensioni, incapaci di vivere o riprodursi al di fuori

delle cellule ospiti, in quanto mancano di attività metabolica e funzioni biosintetiche.

Ogni virus contiene uno dei due acidi nucleici che può essere sia a singola elica che a

doppia elica. Il genoma virale è circondato da un rivestimento proteico detto capside,

costituito da identità ripetute identiche, capsomeri, poi da una matrice proteica ed

infine da un rivestimento lipidico-glicoproteico, pericapside. Questa struttura permette

al virus di penetrare correttamente all’interno dell’ospite. Inoltre alcuni virus presentano

anche delle strutture accessorie come la coda, le fibre della coda e la piastra basale,

utili per il riconoscimento e l’iniezione dell’acido all’interno dell’ospite. Infine i virus

presentano diverse strategie di replicazione: il ciclo litico prevede che il virus infetti una

cellula, si replica e poi viene rilasciato all’esterno causando la morte dell’ospite; mentre

nel ciclo lisogenico, i virus temperati infettano la cellula e il DNA virale viene integrato

nel genoma dell’sopite. I due genomi si replicano insieme fino a che entrano in gioco

alcuni fattori che inducono il ciclo litico).

I virus marini contengono principalmente DNA, le cui dimensioni variano tra i 20 e 200

nm, ma la maggior parte ha dimensioni comprese tra 30 e 60 nm.

I virus rappresentano le entità biologiche più abbondanti negli oceani, la loro abbondanza

è direttamente proporzionale all’abbondanza degli organismi che vengono infettati.

Rappresentano anche la maggior causa di mortalità degli organismi marini, dal momento

che sono in grado di influenzare l’intero funzionamento della biosfera. Gli ospiti

principali dei virus sono i procarioti. La lisi virale determina la trasformazione di

biomassa in detrito organico il quale viene poi riutilizzato dalla comunità microbica.

Questo cortocircuito virale determina un incremento della respirazione e un decremento

del trasferimento di carbonio ai più alti livelli trofici. ( La LISOGENIA è la strategia più

utilizzata per la propagazione virale quando le condizioni per la crescita e la replicazione

dei virus non sono favorevoli). L’abbondanza virale totale è di circa 10 virus, ma

30

all’interno di ogni ecosistema questa può variare nello spazio e nel tempo. Generalmente

aumenta con la produttività del sistema e decresce con l’aumentare della profondità e

dagli ambienti costieri verso il mare aperto. Nessun gene è universale nei virus e la

maggior parte dei virus non si origina dalla colonna d’acqua.

DIFFERENTI TIPOLOGIE DI VIRUS MARINI:

•

-i FAGI CON LA CODA: sono predominanti con concentrazioni in alcuni casi superiori al 90%

dell’intera totalità dei virus

All’interno di ogni ecosistema l’abbondanza virale può variare nello spazio e nel tempo,

• sottoposta a fattori biotici e abiotici. In particolare molti studi hanno riportato una

stretta relazione tra l’abbondanza virale e procariotica sia nei sistemi pelagici che

bentonici

FATTORI CHE INFLUENZANO L’ABBONDANZA DEI VIRUS BENTONICI:

•

L’abbondanza virale è generalmente correlata alla produzione procariotica, suggerendo

che lo stato metabolico dell’ospite può giocare un ruolo importante nelle dinamiche

virali. Altri fattori che possono influenzare indirettamente l’abbondanza virale sono ad

esempio la concentrazione di nutrienti e il carico organico dei sedimenti. I sedimenti

marini, sono potenzialmente l’ambiente ideale per la proliferazione virale dato che

presentano:

alte concentrazioni di materia organica

1. batteriche più alte rispetto a quelle presenti nella colonna d’acqua

2.abbondanze

probabilità d’incontro virus-ospite

3.maggior

INFEZIONE VIRALE:

•

Ogni secondo nell’oceano avvengono 10^23 infezioni virali e ogni giorno i virus abbattono

il 20% della biomassa. Gli ospiti principali dei virus sono i procarioti, la loro mortalità

dovuta all’infezione virale varia dal 10% al 40%, ma può raggiungere fino al 100%.

INFEZIONI DI ALGHE:

•

Esperimenti hanno mostrato che la produzione primaria diminuiva suggerendo che i virus

possono causare perdite significative di fitoplancton, in particolar modo durante le

fioriture.

PICOBENTHOS: include tutti gli organismi viventi procarioti e eucarioti di taglia

2. compresa tra 20 e 200 nm (0,2-2.0um).Include sia Eucarioti (con nucleo), sia Procarioti

(organismi unicellulari senza membrana nucleare) Viene identificato come la componente

più abbondante dei microrganismi (insieme ai virus), caratterizzati da un’estrema

variabilità. I procarioti bentonici sono la componente microbica dominante e vengono

classificati in due grandi domini cellulari ARCHEA e BATTERI, c’è poi un terzo gruppo

Eukarya (eucarioti). I procarioti costituiscono la componente maggiore in termini di

abbondanza e biomassa, tra cui i cianobatteri ( ruolo fondamentale nella produzione

primaria, fissazione dell’azoto atmosferico e nel compattamento del sedimento). Lo

studio della componente microbica ha seguito un approccio autoecologico (focalizzato sui

singoli taxa procariotici e sulle specifiche reazioni metaboliche ad essi associati) ed un

approccio sinecologico (unità batteriche come unità funzionali). I procarioti non sono

distribuiti in maniera omogenea, ma al contrario mostrano una distribuzione spaziale

altamente eterogenea, definita a chiazze. Questa distribuzione è controllata da

differenti fattori tra cui la concentrazione di ossigeno (la quale definisce la differenza tra

zona ossica, dove l’ossigeno viene utilizzato come agente ossidante, e anossica, in cui si

utilizzano altri ossidanti disponibili), il disturbo fisico, disponibilità di substrati e la

pressione predatoria. Si distinguono procarioti:

CLASSIFICAZIONE BATTERI MARINI:

MORFOLOGIA: cocchi,spirilli, bacilli, vibrioni

• COMPARTO: planctonici: liberi o associati a particelle/ aggregati

• bentonici: adesi al sedimento

Fotoautotrofi: ottengono energia dalla luce solare, per la sintesi di materia

• organica ( cianobatteri)

Chemioautotrofi: ottengono energia da reazioni chimiche, in particolare

• dall’ossidazione di composti ridotti e composti inorganici;

Eterotrofi: necessitano di composti organici.

• simbionti (organismi che vivono obbligatoriamente un rapporto con altri organismi

• viventi e non per forza traggono reciproco vantaggio della vita in comune)

epibionti (che vive sulla superficie di un altro organismo)

• patogeni/non patogeni

•

IL MICROBIAL LOOP (= CIRCUITO MICROBICO)

•

Il circuito microbico è una modificazione del concetto di catena trofica classica dove i batteri

eterotrofi rivestono un ruolo chiave nel funzionamento degli ecosistemi marini. Il circuito

microbico è un “pathway” trofico attraverso cui la materia organica disciolta (DOM) viene re-

introdotta nella catena alimentare del pascolo attraverso la sua trasformazione in biomassa

batterica.

Decomposizione della materia organica

• I batteri producono un ampio pool enzimatico

• Qualsiasi sostanza biologica è suscettibile di degradazione microbica

(soprattutto in condizioni aerobie: la degradazione è più veloce)

Non tutte le sostanze sono decomposte alla stessa velocità • proteine - lipidi -

zuccheri: v

• cellulosa - lignina - chitina (polimeri più complessi): v

Solamente molecole < 500/1000 dalton possono attraversare la membrana

cellulare

Per poter utilizzare anche le molecole di dimensioni maggiori, i batteri pr

3. NANOBENTHOS: tutti gli organismi di taglia compresa tra 200 e 2000 nm (2-20um), sia

autotrofi, eterotrofi o mixotrofi (sia produttori primari che consumatori di materia

organica, a seconda delle ocndizioni ambientali ed ecologiche) . In colonna d’acqua 10^2-

10^4 cellule in L^-1 (protisti)

La componente numericamente dominante è rappresentata dai nanoflagellati (= protozoo

che si muove indipendentemente e deve svolgere tutte le funzioni di un organismo

unicellulare con una dimensione di pochi micron; vivono nelle fessure interstiziali ed

anche minuscoli ambienti come questi appaiono diversificati agli occhi di questi

organismi di piccole dimensioni).Questi organismi (protisti) percepiscono l’ambiente

come un mosaico sia spaziale che temporale. Comprendono forme unicellulari talora

associate in colonie. Si distinguono:

Alghe unicellulari microscopiche,