Biologia marina

La biologia marina

Castro e HuberDanovaroLa biologia marina è una materia di sintesi, con particolare riguardo per zoologia e botanica sistematica. Si parlerà anche di conservazione, ovvero della parte di zoologia marina che racchiude ciò che è minacciato sia in termini di habitat che di specie. Prenderemo in particolare considerazione il Mare Mediterraneo.

Entità di forme presenti in mare

In tutti i mari si presume ci siano 130.000 specie, che sono un numero relativamente basso, rappresenta il 6-10% delle specie presenti nel mondo. Ciò che è interessante è che tra queste 130.000 specie sono rappresentati tutti i piani costitutivi, tutti i phyla: sono relativamente poche, ma molto diversificate. Tra i Chelicerati, Unirami e Cordati sono specie che predominano sulla terra; le specie che vivono in mare predominano rispetto a quelle che vivono sulla terra per numero di biomassa e persistenza, sono specie a vita lunga, poiché l'ambiente marino è relativamente stabile e permette la vita per secoli e millenni.

Si presume che sulla terra oggi si conosca circa 1 milione di specie, ma se ne prevedono oltre 7 milioni. Ha più senso l'altra stima, quella che dice le specie descritte oggi, 171.000 specie e si prevede possano essere più di 2.000.000, che si trovano in zone del mare che non sono ancora state esplorate. Il mare è suddiviso in vari piani e ha una tridimensionalità che non è stata ancora esplorata.

Le specie presenti nel Mar Mediterraneo sono circa 8.500 che rappresentano il 6% di quello presente in tutto il mondo acquatico. Per le dimensioni del Mediterraneo è una cifra notevole, in quanto il Mediterraneo è un hotspot di biodiversità.

Micro habitat e biodiversità

Il mare va considerato come un tutto unico, una massa di acqua che però a differenza di ciò che si può pensare ha un numero enorme di micro habitat, grazie alla tridimensionalità e alla morfologia del contenitore terra. È una regola che vale sempre: più ci sono micro ambienti è più c'è diversità di specie. La biodiversità va in parallelo col numero di micro habitat.

Si parla di un contenitore terra, di un contenuto acqua con caratteristiche chimiche, fisiche e idrodinamiche che la caratterizzano e i suoi contenuti, ovvero specie animali e vegetali. Non va dimenticato ambiente esterno, aria e terra. C'è una interazione continua e costante tra terra, acqua aria e ciò che vive nell'acqua e nell'aria e sulla terra. La terra influisce sul mare ed il mare sulla terra.

Storia della biologia marina

La biologia marina, in generale la storia dell'uomo nella sua forma più completa, nasce intorno al Mar Mediterraneo, poiché è stato circondato da popolazioni sviluppate che diventati popoli hanno costruito nazioni intorno al Mar Mediterraneo.

La biologia marina nasce come conseguenza degli organismi che vivono in mare come cibo; l'azione alimentare comporta una conoscenza dettagliata dell'animale. Aristotele è il primo che fa una suddivisione degli organismi marini: riconosce la presenza nei pesci di branchie e capisce la loro funzione, inoltre è il primo a descrivere che il mare ha un suo regime idrico, ovvero non è uno stato fermo, ma ci sono condizioni che fanno muovere in modo diverso questa massa.

Nel secondo secolo a.C. si inizia a parlare di cartografia e nel '600 Marsili scrive il primo testo di fisica marina con annotazioni della parte fisica e biologica.

A Torino, nel 1750 Carlo Emanuele III di Savoia chiama per la cattedra di botanica e storia naturale, Vitaliano Donati, la cui effige ha sul bordo dei rami di corallo. Egli aveva scritto un libro su come si esegue la pesca nel mar Adriatico; si fa finanziare una spedizione che partendo da Torino attraversava il Mediterraneo fino all'Egitto, Iran ecc. fino all'Oceano Indiano. Purtroppo quando arriva in oriente viene colpito da una febbre e muore e di tutto ciò che aveva raccolto sono rimaste 4 uova di camaleonte. Torino è una città a vocazione marinara.

Naval history and oceanographic expeditions

Per conoscere il mare bisogna andare per mare: vengono costruite navi oceanografiche, con scopo di solcare i mari per fare osservazioni e recuperare reperti. Nave Vettor Pisani, rete particolare per raccogliere plancton; contemporaneamente in un'altra spedizione si studia fauna abissale; Alberto I di Monaco prende 2 yacht Hirondelle e Princesse Alice e li trasforma in laboratori viaggianti, come le moderne navi oceanografiche di oggi.

Nel 1872 Anton Dohrn fonda la stazione Zoologica di Napoli. Jacques-Yves Cousteau è il primo che fa immersioni con bombole; è anche il primo che dà l'allarme su ciò che sta succedendo in mare e viene considerato il pioniere di questo (anni '50-'60). Rupert Riedl ha scritto il libro guida alla flora e alla fauna del Mar Mediterraneo (anni '80). Oggi si usano Floating Instruments Platform.

Biologia marina in Italia

In Italia nel 1970 ad opera di un gruppo di torinesi la Società italiana di Biologia Marina. I primi studi sono a Porto Fino, poi a Livorno. Nel 1988 a Torino nasce il laboratorio di biologia marina in funzione ancora oggi e 30 anni fa è nato il corso di biologia marina.

Studi su biodiversità, conservazione, comportamento, ecologia di specie benthoniche e planctoniche. Si fanno studi anche su specie marine ex situ (pinguini) è un altro argomento è il plancton ed il mero plancton, bioacustica degli animali marini, fauna piccola e fauna grossa. Il contenitore è la terra, il contenuto è l'acqua con caratteristiche specifiche. L'acqua è un insieme di molecole di H₂O che sono saldamente legati, ma tra le molecole c'è una forza che viene dalle cariche residuali presenti sugli atomi che permette di collegare tra loro le molecole, è una forza debole il 6% di quella intra molecolare ma è sufficiente a dare il comportamento chimico di un elemento. Infatti in passato si pensava che l'acqua fosse un elemento, solo dopo si è scoperta essere una molecola.

Se si fa un rapporto percentuale tra i vari tipi di acqua presenti sulla terra, ci rendiamo conto che il 97% di acqua è contenuta nei mari e negli oceani. L'acqua dolce ha una percentuale minima: 0.01% contenuta in atmosfera, 0.05% nel suolo, 0.58% contenuta nel sottosuolo, 2.41% sarebbe contenuta nei ghiacciai e 0.04% contenuta nei laghi e nei fiumi.

Caratteristiche dell'acqua salata

L'acqua salata ha delle caratteristiche: capacità termica alta, non è modificata da variazioni esterne di temperature, se lo è soltanto in tempi molto lunghi e ciò permette agli animali che vi vivono di mantenere temperatura corporea costante, ha una conducibilità elettrolitica proporzionale alla salinità, ha due caratteristiche che vanno di pari passo e sono viscosità e densità, e sono quelle che si legano al fatto che ci sono legami intermolecolari che danno all'acqua una sorta di aspetto fluido compatto e che sono caratteristiche che servono a sostenere e a non far crollare verso il basso chi vive nell'acqua. Importante è la velocità del suono che si propaga in maniera rapida.

Parametri chimici: il principale è la salinità, che indica il peso in grammi, i sali, che sono contenuti in 1 l di acqua (1 dm³) si parla del 35 x 1000; in 965 dm³ di acqua + 35 g si sale. Salinità pratica, numero adimensionali che evidenzia il rapporto tra conducibilità del campione e conduzione soluzione standard di KCl a 15 gradi e 1 atm (0 m). Oggi si utilizzano sonde che danno temperatura, conducibilità e profondità.

La salinità viene data da anioni e cationi, il principale è il cloro, per una salinità del 34.5 x 1000 sono quasi 19/34, mentre tra i cationi il più importante è il sodio. Quindi NaCl dà la salinità dell'acqua, ma ci vogliono anche solfati, bicarbonati, cloruri, fluoruri, borati, bromuri ecc. Ma tuttavia non si avrebbe ancora la stessa condizione dell'acqua di mare, poiché in questa soluzione mancano gli elementi in tracce, ioni molto spesso di metalli, che sono presenti in quantità minime, ma che permettono la vita degli organismi marini. Macro anioni e cationi e micro anioni e cationi (presenti in tracce, ma fondamentali) che sono circa una trentina: rame (molluschi che hanno emocianina e non emoglobina), vanadio (ascidie che costruiscono la tunica se c'è vanadio grazie a vanadiociti), titanio e iodio (poriferi), per sintesi di vitamina B₁₂ ci vuole cobalto, zinco, ferro (animali con emoglobina), germanio (scheletro diatomee). Il silicio non fa parte di queste tracce perché è molto abbondante in mare, e utile per diatomee e poriferi.

Salinità e densità del mare Mediterraneo

Dove ci sono le foci dei fiumi, le acque sono meno salate: il Mediterraneo può passare da forte salinità 40 x 1000 (zone a est periodi caldi) fino a 34 x 1000 zone a ovest o in prossimità delle foci. La parte occidentale del Mediterraneo ha una media di 37 x 1000 che va verso 38 nella parte settentrionale, mentre a est arriva addirittura a 40; alla foce del Po è intorno a 35. Allo stretto di Gibilterra diminuisce poiché le acque degli oceani sono meno salate.

Una propaggine del Mediterraneo è il Mar Nero che ha ben 3 fiumi che sfociano e che hanno un apporto di acqua dolce molto alta, quindi il Mar Nero è poco salato 15-18 x 1000 e le specie che vi vivono devono adattarsi a queste condizioni.

La densità è direttamente proporzionale alla salinità, più è salata più è densa ed è inversamente proporzionale alla temperatura: più acqua densa più temperatura bassa. Per misurare la densità, che è il peso g/cm³ si usa densimetro, ma è un parametro strano perché varia in un range molto piccolo e si parla di centesimi. Per convenzione si moltiplicano i numeri x 1000, poi si toglie 1000 e la densità quindi varia tra 24 e 30. Aumenta con la profondità, l'acqua diventa anche più fredda, mentre ha valori bassi in superficie o lungo la costa.

pH e altri parametri chimici

Il pH è stato considerato finora un parametro stabile di 8.1 ed è data da maggior presenza di ioni OH-, oggi tuttavia questo parametro sta tendendo verso 8.0 e significa che è in atto una alterazione di tipo chimico, ovvero acidificazione degli oceani che è un fenomeno molto importante e noto perché acidificazione dell'acqua comporta che le strutture fatte di carbonato di calcio tendono a sciogliersi, perché in acqua inizia a prevalere acido carbonico che scioglie carbonato di calcio e sia alghe sia animali hanno parte importante (scheletro) di carbonato di calcio e tendono a diventare fragili o addirittura decomporsi.

La viscosità è una parametro intuitivamente molto semplice da capire: è la resistenza che acqua oppone a qualcosa che si muove al suo interno. Va introdotto un altro concetto, la forza di coesione tra le molecole che fa dell'acqua un elemento unico, si manifesta nella pratica con la consistenza dell'acqua come una sorta di flussi laminari messi uno sopra l'altro. Chi deve oenetrare attraverso queste lamine, deve essere fatto di una certa forza e deve vincere la forza di coesione (animali o alghe). Valenza negativa dell'acqua di mare, ma il fatto di essere fatto a strati ha valenza positiva perché da sostengono e si oppone alla forza di gravità che costringerebbe chi è dentro acqua di scivolare verso il fondo.

Questi concetti si possono esprimere con 2 formule: numero di Reynolds velocità e dimensione dell'oggetto x densità dell'acqua / viscosità (parametro che si oppone a spostamento); vale 200 milioni per una balena con dimensioni di 10-20 metri che si muove a 10 metri al secondo e vale per 0.3 per larva di riccio di mare con velocità. Una balena si muove benissimo dentro acqua; una larva ha un numero di Reynolds molto basso: ciò significa che un animale piccolo come una larva o un'alga planctonica (unicellulare) devono fare molto più sforzo di quanto debba farne un pesce o una balena, perché restano invischiati nella viscosità che lo imbriglia e non li fa muovere.

Tasso di affondamento è una velocità che si lega alla differenza di peso tra un organismo e lo stesso volume di acqua e la superficie di resistenza, ma questa superficie che si trova al denominatore è vincolata alla viscosità. Un organismo affonderà tanto meno quanto è maggiore la viscosità e la superficie di resistenza. La superficie di affondamento può essere qualche qualcosa di virtuale: esempio del morto con braccia e gambe allargate o strette.

Ossigeno e nutrienti

Un altro parametro chimico è l'ossigeno sciolto nell'acqua. Se c'è poco ossigeno è in atto una decomposizione ossidativa, con batteri che decompongono la materia organica, quindi è un indice di distrofia. Se c'è troppo ossigeno vuol dire che c'è una massiccia attività fotosintetica, cioè un surplus di alghe. Oggi si misura con somme ultra parametriche, tende a diminuire man mano che si scende verso il basso.

Altri parametri chimici importanti sono i nutrienti, azoto e fosforo che servono alla costruzione del materiale organico e sono i mattoni per la costruzione delle impalcature organiche, sono i responsabili della produzione biologica e se in acqua si trovano troppi sali di questo tipo vuol dire che le alghe stanno producendo troppe. Se una materia organica è formata da questi sali, quando è decomposta questi sali rimangono sul fondo. Si misurano con spettrofotometro e vengono portati verso l'alto dai flussi ascensionali.

Parametri fisici

Uno tra i più importanti è la pressione, ovvero il peso che grava su organismi immersi nell'acqua e aumenta con aumentare della profondità, ogni 10 metri c'è 1 atm in più (quindi noi abbiamo 1 atm addosso). Un animale a 500 metri ha sul corpo 51 atm. Gli animali di profondità devono strutturare il loro corpo per non essere schiacciati dal peso o di esplodere se salgono verso l'alto.

Un altro parametro fisico importante è l'illuminazione che si misura in micro moli di fotoni al m², ovvero la quantità di luce solare che colpisce 1 m² di superficie; si suddivide in 3 fattori: intensità, irradianza o irraggiamento e albedo (luce che si riflette). L'azione che l'illuminazione fa: serve per fotosintesi e la porzione dello spettro è quella che va da 400-700 micron, processi fotobiologici, infatti animali e alghe si differenziano in eliofili e sciafili; inoltre la luce serve per la visione. PAR: illuminazione biologica, quella che serve per attuare i processi che abbiamo detto, di interesse biologico.

Comportamento dell'irradianza (intensità della luce) dopo che penetra nell'acqua: ad 1 metro di profondità ce n'è meno del 50%, a 10 metri il 10% e a 100 metri meno dell'1%; la luce che penetra si perde subito. A 1 metro si perde il rosso, dopo l'arancio e il giallo, quelli che persistono invece sono blu, violetto ecc. Se un animale non vuole essere visto a 50 metri deve essere rosso.

Il parametro che influisce oltre alla profondità insieme all'illuminazione è la torbidità, ovvero il materiale in sospensione, che può essere naturale (plancton, piccole alghe) o materiale antropico come spazzatura, terriccio o petrolio e impedisce che penetri la luce, quindi è dannoso.

Un altro parametro è la trasparenza: varia in base alla limpidezza delle acque oltre che alla profondità. Per valutare la trasparenza si usa il disco di Secchi, fatto da 4 spicchi 2 neri e 2 bianchi con spessore di 30 cm che viene calato in acqua con fune metrata. Quando non si vede più il disco si guarda la tacca e si vedono i metri. Da idea di limpidezza o torbidità di una certa area.

Temperatura del mare

Altro parametro fondamentale oggi è la temperatura: i valori variano a seconda della latitudine ed è molto importanti per processi biologici come la riproduzione tanto che gli organismi che vivono in mare si dividono in eurotermi e stenotermi. La temperatura, dato che si presenta come irraggiamento dato dal calore dei corpi o delle masse d'acqua si presenta in larga scala e si può dire se intere zone si stanno scaldando in base al colore e questa verifica si può fare anche con aerei. La temperatura dell'acqua diminuisce con incremento della profondità, ma non è una regola fissa.

Profilo termico mediterraneo: varia tra 6 e 22 gradi, le linee si riuniscono e tendono in un unico punto (a 40 metri); a giugno ed agosto si ha fino a 10 metri temperatura alta, dopo la temperatura scende. Mentre a febbraio e dicembre la temperatura è una linea parallela all'andamento della profondità. Termoclino è una linea immaginaria tra acque superficiali che possono essere più calde delle sottostanti; non ha una profondità standard, ma varia in rapporto alle condizioni che ci sono all'esterno. Se la temperatura dell'aria è molto calda le acque superficiali si scaldano molto ma sono fredde in profondità. Se la temperatura che c'è fuori è come quella che c'è dentro l'acqua la condizione è di omeotermia. Spesso ci sono specie come piccole alghe o organismi unicellulari che non riescono a superare il termoclino e restano costretti o sopra o sotto il termoclino.

Profilo termico Media annuale mar Tirreno: è più caldo, arriva fino a 26 gradi in media, ma la media annuale è di 18 gradi; se si prosegue fino a 1800 metri la linea resta parallela all'andamento della profondità: condizione nel Mar Mediterraneo di omeotermia (che non si riscontra negli altri mari) dalla profondità di 200 metri in poi e questo è dato dal fatto che il Mediterraneo è un mare chiuso. Le temperature più alte del mare sono verso est e sud.

Il golfo del Rodano e il golfo di Trieste hanno temperature...