5: Biodiversità ed ecologia del plancton

La specificità dell’ospite dell’infezione virale rende i virus in grado di controllare la

composizione delle comunità, secondo il modello KILLING THE WINNER, la diversità

della comunità microbica è mantenuta dall’infezione virale e l’abbondanza microbica è

controllata dal grazing non specifico: la predazione virale si concentra sulle specie

dominanti, che vengono infettate in misura maggiore rispetto alle specie meno

abbondanti. Una volta che la cellula va incontro a lisi, di decompone trasformandosi in

detrito cellulare, composto da molecole disciolte, sostante colloidali e frammenti di

cellule. La diminuzione di batteri, dovuta all’infezione virale, provoca da un lato un

aumento di disponibilità di sostanze organiche disciolte che vengono utilizzate dai

batteri stessi determinando così un aumento della loro produzione e dall’altro lato una

diminuzione della produzione dei grazers (pascolatori). Come ultima cosa la lisi svolge

la funzione di trasformare la biomassa in forma disciolta e particellata di piccole

dimensioni. Il sequestro di sostanza nei virus fa sì che i nutrienti rimangano più a lungo

nella zona eufotica. Una ridotta attività virale porta allo sprofondamento di nutrienti

organici e inorganici dalla zona fotica verso le zone più profonde.

PICOPLANCTON: organismi di dimensioni inferiori a 2.0 um di diametro. Molte specie

(b) sono saprofite ed ottengono l’energia dal consumo di materia organica prodotta da altri

organismi; altre invece sono autotrofe e traggono energia dai processi di fotosintesi e

chemiosintesi. La comunità del batterioplancton è dominata da una varietà di batteri

eterotrofici gram negativi, che vivono grazie all’ossidazione di substrati organici. Nelle

acque ricche di ossigeno, la respirazione è aerobia in cui l’ossigeno è l’unico accettore,

mentre in quelle povere di ossigeno sono l’azoto e lo zolfo ad essere gli accettori. La

fermentazione diventa importante nel caso in cui l’ambiente è povero di ossigeno. La

distribuzione dai poli all’equatore comporta una diversificazione, la quale aumenta

all’aumentare della produttività e anche con l’aumentare della temperatura ambientale.

METABOLISMO:

Fotoautotrofi: utilizzo di luce come fonte di energia per la sintesi di materia organica

• (es: cianobatteri)

Chemioautotrofi: ricava energia dall’ossidazione di composti ridotti e inorganici

• Eterotrofi: non sono in grado di sintetizzare materia organica autonomamente da

• molecole organiche.

Strategie metaboliche stratificate: al di sotto della zona fotica l’abbondanza dei gruppi fotoautotrofi

diminuisce bruscamente e i gruppi chemioautotrofi e eterotrofi aumentano.

I procarioti planctonici marini, proprio come molti altri gruppi di organismi, mostrano un gradiente

latitudinale con aumento della densità dai Poli verso l’equatore.

DUE MECCANISMI ECOLOGICI:

La diversità aumenta con aumentare della produttività, poichè gli alti tassi di rifornimento delle risorse

1) possono supportare un maggior numero e tipologie più specializzate di organismi.

La diversità aumenta con l’aumentare della temperatura ambientale poichè aumenta la cinetica dei

2) processi biologici, inclusi i tassi di riproduzione, dispersione, interazioni specifiche, mutazioni,

evoluzione adattativa e speciazione.

NANOPLANCTON: da 2.0 a 20 um, costituito da protozoi flagellati e non che comprendono specie

autotrofe e specie eterotrofe. La componente eterotrofa è costituita principalmente da protozoi flagellati che

rappresentano i predatori per il picoplancton e un potenziale alimento per lo zooplancton. Il contributo di

questa classe è dato dalla produzione primaria di materia organica in mare, nonché il fondamentale ruolo di

preda per le larve di organismi dei livelli trofici superiori. Può essere responsabile dell’80% dell’attività

fotosintetica delle acque di oceano aperte, mentre nelle zone neritiche gioca un ruolo meno importante. La

componente autotrofa contribuisce alla produttività primaria, mentre la componente eterotrofa attraverso la

predazione esercita il controllo dell’abbondanza di altre frazioni planctoniche, in particolare del

picoplancton. MICROPLANCTON: 20-200 um, sia autotrofi che eterotrofi. Entrambi i gruppi hanno

(a) due flagelli: uno corto e liscio ed uno più lungo caratterizzato dalla presenza di peli. Il

flagello lungo è utilizzato per la motilità cellulare, mentre quello corto per intrappolare

batteri ed altre particelle. Il microzooplancton che comprende tutti gli organismi

eterotrofi costituisce l’anello fondamentale della rete trofica classica in quanto predatore

dei microfitoplancton e grazie alla sua capacità di predazione svolge il suo ruolo sia nei

nanoplancton e in misura minore sui picolplancton.

MESOZOOPLANCTON: è costituito da organismi eterotrofi di dimensioni tra 0.2-20

(b) mm; sono in grado di nuotare e spostarsi lungo la colonna d’acqua non contro corrente.

Costituiscono il primo anello della rete trofica pelagica classica. Sono i maggiori

consumatori primari. Sono talmente abbondanti che rappresentano un importante fonte

di energia per i detritivori e in particolare per quelli bentonici.

MACRO E MEGA-ZOOPLANCTON: 2.0-20 cm (macro), (mega) maggiori di 20 cm.

(c) Comprende organismi molto diversi tra loro, appartenenti alle maggiori categorie

tassonomiche. Un esempio sono gli Eufausiacei, un gruppo di predatori che nuotano

velocemente e prede di molti pesci commerciali. Hanno un ciclo vitale molto lungo e

possono occupare la colonna d’acqua dalle superfici fino alle profondità abissali.

ABBONDANZA DELLE DIVERSE COMPONENTI DEL PLANCTON

L’abbondanza degli individui diminuisce all’aumentare della taglia. Si nota una diminuzione di abbondanza

passando dalla componente virale a quella procariotica e anche passando dai procarioti agli eucarioti

unicellulari. L’abbondanza è soggetta a variazioni sia temporali che spaziali.

DISTRIBUZIONE DEL PLANCTON

La distribuzione del plancton è regolata da grandi gyres, associati a maggiore o minore trofia complessiva

delle masse d’acqua. Può variare a livello locale a seconda della profondità e delle stagioni; la principale

causa di variabilità è la luce insieme a temperatura, salinità e la quantità di nutrienti. A grandi scale spaziali

prevalgono fattori fisici, mentre a scale minore prevale l’importanza dei fattori biologici, a megascala >3000

km presenza o assenza di specie determinante dai movimenti degli oceani, come i gyres, la convergenza

antartica e la presenza/assenza di grandi circuiti oceanici. A macroscala (1000-3000 km) si distinguono

gradienti di biomassa con valori elevati lungo il margine continentale e biomasse minori in prossimità di un

margine opposto. Specie euriterme di medie latitudini e specie stenoterme delle regioni fredde. A mesoscala

(100-1000 km) le correnti, sia di risalita che di marea, e i fenomeni di upwelling, vortice e maree sono in

grado di influenzare i processi di produzione primaria, confinando le biomasse fitoplanctoniche. A scala

inferiore (0.1-100 km), aree costiere interessate da plume dei fiumi o dalla risalita di acque profonde da

canyon.

A scala fine (1-100 m)subentra l’importanza dei fattori biologici (movimento e predazione), i quali prendono

importanza guidando il movimento e la posizione degli organismi. Anche considerando le scale più ridotte, la

distribuzione non risulta essere omogenea ma assume un comportamento di tipo aggregato.

A microscala (cm.-m), fattori biologici quali predazione e comportamentali (telemediatori chimici).

Un esempio di distribuzione del plancton su macroscala è controllata da un fattore fisico definito EL NINO.

È un fenomeno ciclico climatico che vede un’alternanza episodica di eventi climatici estremi a livello

dell’Oceano Pacifico centro meridionale. La dinamica vede un progressivo riscaldamento delle acque nella

regione indopacifica equatoriale che piano piano si estende verso l’America latina. Questo fenomeno

determina un aumento di temperatura delle acque superficiali del Pacifico, le cui condizioni portano ad un

rallentamento della corrente di Humboldt, associata ai fenomeni di upwelling di acque profonde con

conseguente abbassamento della profondità del termoclino. Ciò impedisce l’usuale verificarsi dell’upwelling,

con conseguente blocco del rifornimento di nutrienti dagli ambienti profondi e un abbattimento dei tassi di

produzione primaria e secondaria. Un’altra conseguenza del riscaldamento di acque è la riduzione drastica

del contenuto di ossigeno delle acque. Il fenomeno opposto è rappresentato dalla LA NINA, che prevede un

forte abbassamento della temperatura delle acque superficiali.

Un esempio di distribuzione del plancton su piccola scala è rappresentato dalle migrazioni verticali. (DSL

gruppi di organismi marini che si spostavano alle diverse profondità). Questo fenomeno di migrazioni

verticali giornaliere o nictemerali coinvolge in maniera diversa sia il fitoplancton che lo zooplancton. Il

primo tende a muoversi verso la superficie durante il giorno; mentre il secondo, durante le migrazioni

notturne o dirette, al tramonto dura verso la superficie e rimane in acque superficiali durante la notte. Prima

dell’alba inizia a migrare verso il basso, per rimanere a profondità maggiori durante il giorno. Nelle

migrazioni verticali diurne (opposte a quelle notturne) la risalita verso le acque superficiali inizia all’alba e il

ritorno verso le acque più profonde inizia al tramonto.

Esiste poi una modalità di migrazione doppia, che prevede due ascese e due discese nell’arco delle 24 ore: al

tramonto migrazione verso l’alto, breve permanenza nelle acque meno profonde, discesa verso il fondo a

metà nottata, durante la notte si muovono verso l’alto per riprendere la loro posizione nelle acque

superficiali. L’ampiezza della migrazione è specie-specifica.

Esistono importanti variazioni all’interno di una stessa specie in funzione dello stadio di vita dell’organismo.

Ad esempio, specie di copepodi si riproducono per riproduzione sessuata durante l’inverno e dopo

l’emissione e l’unione dei gameti si ha lo sviluppo di un embrione a cui seguono diversi stadi:

Fase larvale: (naupliare) il nauplio ha dimensioni microscopiche ed è riconoscibile grazie alla sua

• forma sferoidale e ad un serie di appendici e antenne. Questo stadio si schiude in profondità ma si

muove rapidamente verso la superficie dove il nauplio subisce una rapida evoluzione con

progressiva crescita di un abbozzo di coda;

Fase giovanile: copepodite assomiglia ad un adulto, ma non è in grado di riprodursi e non ha

• raggiunto le