Appunti Biologia marina

Biologia marina

Lezione 1

Biologia degli organismi marini e loro adattamenti alle principali caratteristiche dell’ambiente marino

Spirografo: anellide, polichete, famiglia Sabellici. Sabella spallanzani

Habitat ricchi di sostanza organiche.

PLANCTON: il gruppo principale che compone il plancton

sono i crostacei, composti principalmente dai

copepodi (organismi planctonici).

Larve di crostaceo (Granchio). Fanno parte del

plancton temporaneo

Organismi fotosintetici (Phytoplankton)

Crostacei cefalocaridi, ordine primitivo di crostacei,

composto da meno di 10 specie, caratteristiche dell’emisfero australe.

Distribuzione delle masse d’acqua

Si distinguono oceani e mari in base ad una serie di caratteristiche. Sul nostro pianeta troviamo 4 Oceani, i 3

conosciuti più un quarto oceano chiamato Oceano Meridionale (o Antartico).

OCEANO MERIDIONALE (o Antartico):

Si tratta di un bacino con caratteristiche a sé stanti, separato dagli altri dalla CONVERGENZA ANTARTICA,

anello che circonda l’Antartide (la cui posizione varia tra i paralleli 55° e 60° S, a seconda della stagione, delle

condizioni meteorologiche, di variazioni annuali etc.) dove si incontrano, non mescolandosi

significativamente, per la loro densità, la loro temperatura (3°C di differenza) etc., le acque antartiche con

quelle meridionali degli oceani. Si crea quindi una barriera geografica. I popolamenti marini antartici sono

infatti isolati dalle popolazioni delle face australi degli altri 3 oceani, per cui troviamo un altissimo numero di

specie e generi endemici (70%).

Non è distinguibile geograficamente.

Moti verticali di convergenza o divergenza:

RISALITA di acque profonde o UPWELLING o DIVERGENZA

• AFFONDAMENTO di acque superficiali o SINKING o CONVERGENZA

•

Moti verticali legati a:

- Azione del vento sulle acque superficiali

- Correnti orizzontali

L’azione dei venti e delle correnti porta acque superficiali antartiche a dirigersi verso nord fino a che

incontrano acque provenienti dalle zone australi dei tre oceani. Queste acque si sono raffreddate spostandosi

verso sud ma sono comunque più calde di quelle antartiche (3°C di differenza); le differenze impediscono una

mescolanza fra queste acque e quindi un loro sprofondamento (trattandosi comunque di acque fredde e

dense). LA CONVERGENZA ANTARTICA si sposta in un intervallo tra 55° e 60° di latitudine SUD a seconda

delle condizioni climatiche globali del pianeta.

Struttura dei fondali marini

Habitat degli organismi che costituiscono il BENTHOS Depositi terrigeni:

-

Abbondanti nelle aree

costiere soprattutto in

vicinanza di grandi fiumi.

Depositi pelagici:

-

Costituiti in parte da

scheletri di organismi

planctonici (scheletri

calcarei fino a 4000 m circa,

silicei più in profondità).

Costituiti in parte da

scheletri di organismi

planctonici. Gli scheletri

calcarei si trovano fino a

4000 m circa [globigerine

(foraminiferi)

coccolitoforidi (alghe),

pteropodi (molluschi)]. Per

quanto riguarda gli scheletri silicei li troviamo più in profondità fino a 6000 m circa (diatomee – radiolari).

Oltre 6000 m la componente organogena dei sedimenti viene sensibilmente ridotta

•Fondi molli:

Specie affossatrici che vivono all’interno del substrato (endofauna). Es: Ophiura

- Epifauna/flora. Es: Posidonia.

- Fauna interstiziale: vivono nell’interstizio dei granelli di sabbia

-

•Fondi duri:

Popolati principalmente da organismi epibionti. Ci sono organismi in grado di perforare la roccia (Bivalvi. Es:

datteri di mare). Epifauna.

Lezione 2

5/10/2017

Caratteristiche delle acque marine:

temperatura

• penetrazione della luce: notevoli differenze tra la zona in cui penetra la luce e la zona in cui non arriva

• composizione chimica

• viscosità: influenza i movimenti e riduce la forza di gravità

• densità: favorisce i movimenti verticali

• salinità

• pressione idrostatica

• movimenti di marea: hanno effetti rilevanti sui parametri di sopravvivenza degli organismi marini

•

Temperatura:

La T regola la distribuzione e le attività degli organismi. La T regola i movimenti delle masse d’acqua

(CORRENTI). La T regola le caratteristiche delle masse d’acqua e degli organismi in esse presenti. La

distribuzione della temperatura è influenzata da latitudine, correnti superficiali, correnti profonde e

Upwelling.

La temperatura varia in maniera diversa lungo il profilo verticale, sia a seconda della latitudine sia al variare

delle stagioni. 1) Artico: le differenze

stagionali sono scarsamente

marcate o assenti. Nel punto b)

incontra delle masse di acqua

sub superficiale leggermente

più calde. Successivamente

riscende al di sotto dello zero,

rimanendo liquida per la

presenza di soluti che

abbassano il punto di

congelamento.

2) Medie latitudini: è

presente un termoclino

stagionale e un termoclino

permanente. C’è una profonda

differenza tra la stagione

invernale e la stagione estiva

(5/10 gradi)

3) Basse latitudini: d)

zona superficiale mescolata

(mixed layer); e) termoclino

permanente che crea una barriera che separa masse d’acqua divere; f) strato freddo profondo.

4) Nel caso del Tirreno invece, troviamo temperature molto più alte. La temperatura nel mediterraneo

non va infatti mai al di sotto dei 12,8 gradi, tranne in alcune zone superficiali in cui soffia vento freddo

e la temperatura può scendere. Il motivo di questa temperatura così alta è riferibile alla gola di

Gibilterra che ha una profondità di circa 300 metri. In questo modo entra solo l’acqua superficiale

dell’oceano Atlantico, che osservando sul grafico, non raggiunge mai temperature inferiori ai 12/13

gradi, per cui l’acqua che entra in Mediterraneo avrà sempre questi valori di temperatura.

Le variazioni cicliche di temperatura (ma anche di

illuminazione e disponibilità di nutrienti)

contribuiscono al ciclo stagionale del PLANCTON

caratteristico delle nostre latitudini

.

Adattamento a temperature estreme:

Un esempio è l’adattamento ANTIGELO di alcuni Pesci antartici appartenenti all’ordine dei Nototenioidi

(ordine quasi esclusivamente presente nelle aree antartiche e subantartiche) che hanno nel sangue sostanze

anticoagulanti che impediscono la formazione di cristalli di ghiaccio In alcuni notetenioidi (genere

Trematomus, Dissostichus), esiste una glicoproteina nel plasma, costituita da treonina ed alanina; ai residui di

treonina è legato un disaccaride. La struttura che ne deriva, disponendosi intorno ai cristalli di ghiaccio, ne

ostacola la crescita.

Dissostichus mawsoni è un nototenioide, le cui popolazioni sono sottoposte ad un notevole prelievo; è una

delle prime specie in cui le proteine antigelo sono state individuate e caratterizzate. In alcune specie di

quest’ordine si verifica una progressiva riduzione dei globuli rossi fino a che si arriva alla loro scomparsa

totale e anche alla scomparsa di emoglobina (Fam. Channichthyidae – ICEFISH) per ridurre la viscosità del

sangue e quindi il pericolo di congelamento; il trasporto dell’ossigeno viene facilitato dalle basse T e da una

serie di modificazioni morfologiche soprattutto a carico dell’apparato circolatorio.

Salinità:

contenuto in g di sali disciolti per Kg di acqua di mare. Viene usata l’unità di peso e non di volume perché

È il

quest’ultimo è più dipendente dalla temperatura di quanto il peso non lo sia all’accelerazione di gravità. La

salinità si misura in: g/Kg cioè in‰ o P.S.U. “Practical Salinity Units”. La distribuzione della salinità nelle

acque superficiali presenta un andamento analogo a quello della temperatura con massimi (35-36 PSU) nelle

zone di maggiore evaporazione (e minori apporti fluviali) e minimi verso le zone polari (soprattutto artiche)

(30 PSU).

La formazione di ghiaccio negli strati superficiali delle acque polari provoca, in inverno, l’aumento della

salinità; il suo scioglimento in estate provoca la diluizione dei soluti e la diminuzione della salinità.

I mari chiusi e/o le zone costiere possono avere salinità molto diverse a seconda delle loro caratteristiche

idrologiche e del rapporto tra apporti fluviali ed evaporazione (ed anche comunicazione con le acque

oceaniche).

La salinità raggiunge i valori minimi alle alte latitudini, ed è più bassa nei bacini chiusi, nei mari caldi, dove

avviene grande evaporazione e in ambienti con scarsi apporti dolci.

Troviamo un altro valore della salinità nel Mar Rosso (mare chiuso) e nel Mediterraneo che ha salinità

maggiori di quelle dell’oceano.

Nel Mar Baltico, troviamo lo sbocco di tutti i fiumi della Polonia, della Germania e della Russia;

l’evaporazione è minima, la temperatura è più bassa ed essendo un bacino isolata la salinità è molto bassa e

costante. <20 per mille.

È un parametro variabile nella fascia costiera ossia negli Ambienti SALMASTRI, originati dall’incontro delle

acque marine con le acque continentali.

Esempi di ambienti salmastri sono:

1) Lagune: sono ambienti costieri controllati dal flusso delle maree che assicura ricambio e mescolamento

delle acque. La laguna è inoltre caratterizzata dalla presenza di apporti fluviali che creano tomboli che

isolano parzialmente la laguna. La salinità in questi ambienti è molto variabile, ma inferiore a quella

dell’acqua del mare a causa degli apporti di acqua dolce.

2) Stagni costieri: sono ambienti costieri separati dall’ambiente marino da cordoni di sabbia o tomboli,

oppure può non essere collegato con l’abiemente marino (in questo caso si crea un passaggio d’acqua

solo in occasioni particolari). La salinità in questo ambiente è variabile e può variare molto di più

rispetto a quella dell’acqua di mare.

3) Foci: si tratta di estuari nel caso in cui la forza del mare > forza del fiume. Sono ambienti caratterizzati

da stratificazione. Troviamo l’acqua dolce sopra e l’acqua salata sotto; le due masse non sono miscibili e

questo dà vita ad un cuneo salino che dal mare entra nel letto del fiume.

Sono habitat molto selettivi per gli organismi sia marini che dulciacquicoli:

Per il tenore di salinità delle acque

• Per la estrema variabilità di questo parametro

•

Caratteristiche degli ambienti SALMASTRI:

1) Variabilità ambientale

2) Produttività elevata

3) Elevata resilienza

4) Molteplicità delle interfacce

5) Frammentazione del popolamento

6) Temperatura variabile

7) Salinità variabile

8) Input energetici sussidiari (incrementano la produzione primaria e la fotosintesi)

Lezione 3

11/10/2017

1) Esiste un popolamento tipico degli ambienti salmastri

I sistemi salmastri sono isolati uno dall’altro, in maniera fisica e invalicabile. Il popolamento salmastro è

formato da organismi che vivono separati, quindi organismi con strategie necessarie a mantenere il flusso

genico altrimenti porterebbe a isolamento e successiva speciazione.

2) Produttività molto elevata

l’arrivo dei nutrienti dalla terra e dalle acque interne sotto forma di materia organica o di nutrienti già

utilizzabili. Non sono ambienti profondi, questo fa sì che tutto il sistema sia utilizzabile dagli organismi

poiché hanno luce lungo tutta la colonna d’acqua, fino al substrato, quindi utilizzabile per la produzione

primaria.

3) Energia sussidiaria

In un ambiente salmastro arrivano anche flussi idrici di acque interne/marine dove ci sono tutta una serie

di organismi. Gli organismi che riescono a sopravvivere all’ambiente devono essere adattati ad un’elevata

variabilità ambientale. Solo pochi degli organismi portati da questi flussi sopravvivono, gli altri andranno

ad implementare la sostanza organica che verrà poi mineralizzata. La provenienza degli organismi

salmastri è legata a diverse interfacce e contribuiscono alla quantità di nutrienti presenti e aumenta la

produttività.

4) Riciclo nutrienti

Per il riciclo (mineralizzazione) occorrono microrganismi aerobi. La stratificazione è assente negli

ambienti salmastri, quindi tutti i nutrienti che si formano a livello del benthos per mineralizzazione sono

disponibili subito a livello superficiale per la fotosintesi, quindi la produttività primaria aumenta.

5) Elevata resilienza

In assenza di ossigeno, una crisi distrofica può diventare anossica. In questo caso muoiono tutti gli

organismi aerobi. Con il rimescolamento delle acque, arriva acqua nuova ricca di ossigeno dalle acque

circostanti e in tempi relativamente brevi

Gli ambienti salmastri sono molto attaccabili da specie alloctone, soprattutto vicino alle zone portuali.

Composizione chimica delle acque La concentrazione di soluti viene mantenuta

pressoché costante

dal dilavamento delle rocce

• dagli equilibri chimici (con l’atmosfera, con il

•

sedimento etc)

dalle attività biologiche (i produttori

•

immagazzinano i nutrienti nella biomassa; i

consumatori poi li trasportano nella catena

alimentare fino a che vengono di nuovo mineralizzati

dagli organismi decompositori)

dalla rimozione dalla soluzione che si verifica per fenomeni di adsorbimento su particelle organiche e

• inorganiche

Lo ione cloro e lo ione sodio sono i più abbondanti.

Modello di Oceano a due comparti

La composizione totale è costante ma varia alle diverse interfacce. Il compartimento inferiore “vive” su quello

superiore, la fonte di energia principale è quello che arriva dal compartimento superiore.

La concentrazione dei soluti è costante a livello generale ma non nei due compartimenti; fenomeni di

convergenza e divergenza contribuiscono al rimescolamento delle acque e a portare giù le caratteristiche delle

acque superiori e viceversa. I fenomeni di divergenza sono anche essenziali per l’utilizzo dei nutrienti negli

strati profondi che con la risalita vengono in parte trasportati verso la superficie dove possono essere

utilizzati.

Compartimento superiore, molto sottile 100-200 m

termina all’inizio del termoclino permanente

• interagisce con l’atmosfera e con le terre emerse

• in esso si verifica la fotosintesi (la produzione relativa sostiene i successivi anelli delle catene trofiche)

•

Compartimento inferiore, fino ai fondali oceanici

interagisce con l’atmosfera e le terre emerse solo con il tramite del compartimento superiore

• gli organismi del compartimento superiore dopo la morte tendono ad affondare e a penetrare in

• quello inferiore, fornendo al sistema energia, sostanze organiche, sostanze inorganiche.

Ipotesi su cui si basa il modello a due comparti:

Le acque fluviali sono la fonte principale degli elementi chimici

 Il bilancio idrico del sistema oceanico è nullo

 Gli elementi chimici vengono rimossi dalle acque a causa dell’attività biologica

 Poiché gli oceani sono in uno stato stazionario il bilancio del sistema e dei due comparti deve essere

 nullo

Poiché le concentrazioni delle varie sostanze sono molto diverse nei due comparti, fra essi si devono

 verificare degli scambi assicurati dai fenomeni di convergenza e di divergenza

Concentrazioni di alcuni nutrienti lungo il profilo batimetrico degli oceani

Concentrazione bassa negli strati superficiali

Concentrazione alta negli strati profondi.

I moti di divergenza o di up-welling o di risalita permettono il ritorno in superficie dei nutrienti e la loro

riutilizzazione nei processi biologici.

Gas disciolti

La solubilità dei gas nell’acqua di mare è influenzata dai parametri chimico fisici delle acque La solubilità

aumenta con la pressione (con la profondità) e con il diminuire di T.

(a sinistra le pressioni parziali dei gas

nell’atmosfera; nel grafico di destra, le

concentrazioni nell’acqua di mare)

Azoto (viola)

Ossigeno (azzurro)

Anidride carbonica (verde): è importante

• per la fotosintesi

• per la costruzione di strutture di

sostegno

• per il sistema tampone che regola il pH

delle acque marine

Sostanza organica nelle acque marine

In genere DOM è maggiore di 10 o 20 volte rispetto a POM e costituisce la principale riserva di C organico e

una importante fonte per molti eterotrofi La DOM non ha solo funzione di riserva ma, come prodotto di vari

organismi, può rappresentare un mediatore in interazioni biotiche.

DOM: sostanza organica disciolta

POM: sostanza organica particellata (trattenuta su filtri da 0.5 μm)

Microbial loop: i batteri utilizzano la DOM e vengono poi

predati da protisti che a loro volta sono predati dallo zooplancton. Questo garantisce un accesso diretto di C

organico all’interno della rete trofica senza dover passare per la mineralizzazione e poi la fotosintesi.

Densità o peso specifico

È funzione di salinità, temperatura e pressione. È importante perché determina le relazioni fra le masse

d’acqua (quelle meno dense si stratificano più in superficie rispetto a quelle più dense). Nelle zone estuariali

esiste una stratificazione tra acque meno dense superficiali (dolci) e acque più dense (cuneo salino) in

profondità.

Viscosità

La viscosità dei fluidi rappresenta la resistenza interna al flusso dovuta all’effetto combinato delle forze di

adesione e di coesione tra le molecole. Essa dipende dalla salinità (maggiore nell’acqua marina rispetto alle

acque dolci) e, come la densità, aumenta al diminuire della temperatura.

La viscosità è importante in quanto ritarda l’affondamento dei planctonti la cui morfologia esterna

rappresenta un