Algas y plantas marinas: esas grandes, y pequeñas, desconocidas

[ES]La charla trata de dar a conocer aspectos de la vegetación marina, desde las diminutas algas microscópicas que forman el fitoplancton hasta las que construyen bosques marinos con talos de metros de longitud. Las algas son importantes e insustituibles en la alimentación humana, pero es que sostinenen el funcionamiento del ecosistema marino, es decir, la existencia de peces y del mismo ser humano. Las sebas son plantas con flor, Cymodocea nodosa, que forman sebadales se analizan y sus beneficios ambientales hacen que sea necesario conocerlas y emplear técnicas de biotecnología para recuperarlas.

Adaptación de la Directiva Europea de Gestión de la Calidad de Aguas de Baño a las playas de Canarias

[ES] Hemos realizado una serie de consideraciones con respecto a la Directiva 2006/7/CE para lograr su correcta aplicación en las playas de baño de Canarias. En nuestras aguas se producen algunos fenómenos que no se producen en el resto de la Unión Europea. Por esta razón hemos establecido una serie de conceptos que no están previstos de forma explicita en los artículos de la Directiva y que, con algunas matizaciones, podremos adaptarlos a la generalidad de la Directiva, o ?sensu contrario?, adecuar la Directiva a nuestra realidad ambiental. En este sentido, hemos adaptado conceptos como ?contaminación de corta duración?, ?tendencia a la proliferación de macroalgas?, ?tendencia a la proliferación de fitoplancton marino?, ?proliferación de cianobacterias? y otros a las especificidades que se producen en nuestras costas y que podrían alterar la calidad de las aguas de baño

Variabilidad climática, fitoplacton y producción primaria: ¿Aumento o disminución?

[ES] Hoy en día es incuestionable que la actividad humana está induciendo perturbaciones climáticas con importantes consecuencias para la integridad del planeta. Cada hora emitimos a la atmósfera dos millones de toneladas de CO2, favoreciendo el calentamiento gradual de la Tierra. Los océanos constituyen uno de los principales destinos finales de este carbono antropogénico y la reserva más importante de carbono activo del planeta. Absorben cerca del 25% del CO2 emitido y almacenan inmensas cantidades de calor y humedad, amortiguando los cambios climáticos pero prolongándolos en el tiempo una vez que se producen; es decir, actúan como la memoria del planeta, con un efecto retardado pero continuo. Como impacto de esta actividad, las aguas de los océanos están aumentando en temperatura y acidez y disminuyendo en concentración de oxígeno. El océano captura y transfiere CO2 desde la atmósfera al océano profundo (donde el carbono puede quedar almacenado durante cientos de años) por medio de dos procesos fundamentales: por diferencias en la presión parcial del CO2 entre la atmósfera y la superficie del mar, en función de la solubilidad del gas en el agua (bomba física o de solubilidad), y por captación de CO2 , debida a la fotosíntesis de los productores primarios (esencialmente el fitoplancton microscópico) y su transformación en materia orgánica y transporte al fondo del océano (bomba biológica). La bomba física contribuye en un 30-40% a los valores de CO2 en el agua, mientras que el resto se debe a la bomba biológica. Sin embargo, el análisis de series recientes (últimos 50 años) parece indicar que el océano está perdiendo eficiencia en la captura de CO2, lo que estaría acelerando su acumulación en la atmósfera. Una de las hipótesis postuladas para explicar esta pérdida de eficiencia es que la productividad marina global está disminuyendo, debido al aumento de estratificación en las aguas oceánicas. Esta hipótesis, no obstante, es controvertida, ya que algunos estudios recientes indican que la producción primaria marina se ha incrementado en las últimas décadas debido al forzamiento atmosférico (inducido por el calentamiento global), que ha favorecido un aumento de procesos de mezcla y afloramiento en las regiones de mayor productividad marina del planeta. En esta charla revisaremos los estudios más recientes sobre el impacto de las fluctuaciones multidecadales en la biomasa de fitoplancton, los cambios en sus grupos funcionales y su repercusión en la producción primaria. Revisaremos también los estudios sobre registros paleoclimáticos del fitoplancton, para analizar variaciones seculares en la productividad marina y poder extender los cambios contemporáneos a proyecciones futuras asociadas al cambio climático.

Turbulence as a driver for vertical plankton distribution in the subsurface upper ocean

[EN] Vertical distributions of turbulent energy dissipation rates and fluorescence were measured simultaneously with a high-resolution micro-profiler in four different oceanographic regions, from temperate to polar and from coastal to open waters settings. High fluorescence values, forming a deep chlorophyll maximum (DCM), were often located in weakly stratified portions of the upper water column, just below layers with maximum levels of turbulent energy dissipation rate. In the vicinity of the DCM, a significant negative relationship between fluorescence and turbulent energy dissipation rate was found. We discuss the mechanisms that may explain the observed patterns of planktonic biomass distribution within the ocean mixed layer, including a vertically variable diffusion coefficient and the alteration of the cells sinking velocity by turbulent motion. These findings provide further insight into the processes controlling the vertical distribution of the pelagic community and position of the DCM.

Ecofisiología planctónica

[ES] El grupo de investigación en Ecofisiología Planctónica (GEP), de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, tiene como objetivos los estudios de crecimiento y del metabolismo respiratorio y excretor en zooplancton, fitoplancton, bacterias y macroalgas. A partir de estas medidas primarias, el GEP puede calcular los flujos de carbono y nitrógeno oceánicos así como la eficiencia en la retención de nutrientes y el metabolismo del oceáno profundo. Estas medidas constituyen parámetros de gran importancia para el desarrollo de modelos precisos de predicción de los posibles cambios futuros en el planeta debidos al Cambio Climático. La principal premisa en la que se apoyan las investigaciones del grupo es que la bioquímica enzimática controla la fisiología de los organísmos, lo que produce un fuerte impacto en la ecología y la química oceánica. El GEP, trata también de describir los procesos fisiológicos del océano a través del uso de modelos matemáticos, para ello es necesario realizar experimentos de laboratorio así como muestreos de campo para determinar los parámetros cinéticos que controlan las reacciones que regulan la fisiología de los organísmos marinos. Asociado con GEP la empresa de base Técnológica BioceanSolutions, dedica también gran parte de sus esfuerzos en mejorar la metodología existente así como en desarrollar nuevos métodos enzimáticos, que nos permitan conocer y controlar el estado de salud de las comunidades marinas.

Potential vorticity conserving flows and vortex-wave interaction : the role of vertical velocity and isopycnal diffusion on plankton heterogeneity

Programa de doctorado de oceanografía

Understanding the zooplankton ammonium excretion : from biogeochemical implications to intracellular regulatory mechanisms

[EN]Zooplankton play a key role in marine ecosystems and their biogeochemical cycles. They exert control over the primary productivity through the consumption of organic matter and, at the same time, the release of nutrients that sustains the phytoplankton growth. This thesis focuses on the NH+ 4 excretion processes related to these heterotrophic organisms that support, at a global scale, about the 80% of the phytoplankton requirements. However, thereisno clear constant pattern in the zooplankton contribution to theNH+ 4 regeneration throughout thedifferent pelagic ecosystems, so continuousmonitoring of thismetabolic processisessential at widetemporal and spatial scales...

Effetto di erbicidi su crescita ed efficienza fotosintetica della diatomea Skeletonema marinoi

In questa tesi è stato studiato l’effetto dell’esposizione della diatomea Skeletonema marinoi, una specie molto comune nel Nord Adriatico e importante per il suo annuale contributo alla produzione primaria, agli erbicidi maggiormente utilizzati nella pianura Padana e riscontrati in acque dolci e salmastre di zone limitrofe al mare Adriatico. Gli erbicidi scelti consistono in terbutilazina e metolachlor, i più frequentemente riscontrati sia nelle acque superficiali che in quelle sotterranee dell’area Padana, noti per avere un effetto di inibizione su vie metaboliche dei vegetali; inoltre è stato valutato anche l’effetto di un prodotto di degradazione della terbutilazina, la desetilterbutilazina, presente anch’esso in concentrazioni pari al prodotto di origine e su cui non si avevano informazioni circa la tossicità sul fitoplancton. L’esposizione delle microalghe a questi erbicidi può avere effetti che si ripercuotono su tutto l’ecosistema: le specie fitoplanctoniche, in particolare le diatomee, sono i produttori primari più importanti dell’ecosistema: questi organismi rivestono un ruolo fondamentale nella fissazione del carbonio, rappresentando il primo anello della catena alimentari degli ambienti acquatici e contribuendo al rifornimento di ossigeno nell’atmosfera. L’effetto di diverse concentrazioni di ciascun composto è stato valutato seguendo l’andamento della crescita e dell’efficienza fotosintetica di S. marinoi. Per meglio determinare la sensibilità di questa specie agli erbicidi, l’effetto della terbutilazina è stato valutato anche al variare della temperatura (15, 20 e 25°C). Infine, dal momento che gli organismi acquatici sono solitamente esposti a una miscela di composti, è stato valutato l’effetto sinergico di due erbicidi, entrambi somministrati a bassa concentrazione. Le colture di laboratorio esposte a concentrazioni crescenti di diversi erbicidi e, in un caso, anche a diverse temperature, indicano che l’erbicida al quale la microalga mostra maggiore sensibilità è la Terbutilazina. Infatti a parità di concentrazioni, la sensibilità della microalga alla Terbutilazina è risultata molto più alta rispetto al suo prodotto di degradazione, la Desetilterbutilazina e all’erbicida Metolachlor. Attraverso l’analisi di densità algale, di efficienza fotosintetica, di biovolume e di contenuto intracellulare di Carbonio e Clorofilla, è stato dimostrato l’effetto tossico dell’erbicida Terbutilazina che, agendo come inibitore del trasporto degli elettroni a livello del PS-II, manifesta la sua tossicità nell’inibizione della fotosintesi e di conseguenza sulla crescita e sulle proprietà biometriche delle microalghe. E’ stato visto come la temperatura sia un parametro ambientale fondamentale sulla crescita algale e anche sugli effetti tossici di Terbutilazina; la temperatura ideale per la crescita di S. marinoi è risultata essere 20°C. Crescendo a 15°C la microalga presenta un rallentamento nella crescita, una minore efficienza fotosintetica, variazione nei valori biometrici, mostrando al microscopio forme irregolari e di dimensioni inferiori rispetto alle microalghe cresciute alle temperature maggiori, ed infine incapacità di formare le tipiche congregazioni a catena. A 25° invece si sono rivelate difficoltà nell’acclimatazione: sembra che la microalga si debba abituare a questa alta temperatura ritardando così la divisione cellulare di qualche giorno rispetto agli esperimenti condotti a 15° e a 20°C. Gli effetti della terbutilazina sono stati maggiori per le alghe cresciute a 25°C che hanno mostrato un calo più evidente di efficienza fotosintetica effettiva e una diminuzione di carbonio e clorofilla all’aumentare delle concentrazioni di erbicida. Sono presenti in letteratura studi che attestano gli effetti tossici paragonabili dell’atrazina e del suo principale prodotto di degradazione, la deetilatrazina; nei nostri studi invece non sono stati evidenziati effetti tossici significativi del principale prodotto di degradazione della terbutilazina, la desetilterbutilazina. Si può ipotizzare quindi che la desetilterbutilazina perda la propria capacità di legarsi al sito di legame per il pastochinone (PQ) sulla proteina D1 all’interno del complesso del PSII, permettendo quindi il normale trasporto degli elettroni del PSII e la conseguente sintesi di NADPH e ATP e il ciclo di riduzione del carbonio. Il Metolachlor non evidenzia una tossicità severa come Terbutilazina nei confronti di S. marinoi, probabilmente a causa del suo diverso meccanismo d’azione. Infatti, a differenza degli enzimi triazinici, metolachlor agisce attraverso l’inibizione delle elongasi e del geranilgeranil pirofosfato ciclasi (GGPP). In letteratura sono riportati casi studio degli effetti inibitori di Metolachlor sulla sintesi degli acidi grassi e di conseguenza della divisione cellulare su specie fitoplanctoniche d’acqua dolce. Negli esperimenti da noi condotti sono stati evidenziati lievi effetti inibitori su S. marinoi che non sembrano aumentare all’aumentare della concentrazione dell’erbicida. E’ interessante notare come attraverso la valutazione della sola crescita non sia stato messo in evidenza alcun effetto mentre, tramite l’analisi dell’efficienza fotosintetica, si possa osservare che il metolachlor determina una inibizione della fotosintesi.

Effects of solar radiation on marine bacterial and phytoplankton heterotrophic activities

Programa de doctorado: Oceanografía (Bienio 2006-2008). Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Departamento de Biología y Institut de Ciéncies del Mar.

Effetto dell'erbicida Terbutilazina sulla crescita di flagellate marine in coltura

Il fitoplancton è costituito da organismi molto importanti per l'ambiente marino e molto diversificati sia dal punto di vista morfologico che fisiologico.Questi organismi sono normalmente soggetti ai cambiamenti stagionali e alle variazioni dell'ambiente dovute sia a fenomeni naturali che all'impatto antropico, sempre più rilevante. Con questa tesi si è voluto approfondire l'effetto di erbicidi comunemente usati dall'uomo in agricoltura su delle microalghe flagellate rappresentative del Mar Adriatico. L'inquinante scelto è la Terbutilazina, sostanza utilizzata per il diserbo del mais e diffusa in tutta l'area padano-venera, come dimostrano i dati dei campionamenti ARPA, che riportano la presenza di Terbutilazina e del suo prodotto di degradazione Desetil-Terbutilazina a concentrazioni superiori al limite fissato sia nelle acque superficiali che in quelle sotterranee. Anche in mare come riportato in letteratura (Carafa et. al 2009)è stato riscontrato a concentrazioni superiori al limite previsto dalla normativa vigente in Italia. In particolare il meccanismo d'azione di questo erbicida interferisce con la fotosintesi, agendo sulle proteine di membrana dei cloroplasti, rimpiazzando il chinone accettore di elettroni QB della proteina D1 del fotosistema II. Più specie di microalghe fatte crescere in colture 'batch' sono state testate a diverse concentrazioni di erbicida in condizione di luce nutrienti costanti. Questi esperimenti sono stati inoltre condotti a due diverse temperature (20 e 25°C) per studiare l'effetto di questo inquinante in correlazione con l'attuale aumento di temperatura in atto nel pianeta. In una prima fase di screening è stato valutato l'effetto della Terbutilazina su 9 specie di flagellate rappresentative dell'Adriatico, tramite misure dell'efficienza fotosintetica. Grazie a questa prima fase sono state individuate le microalghe e le relative concentrazioni di Terbutilazina da utilizzare negli esperimenti. Per gli esperimenti, sono state scelte le due specie algali Gonyaulax spinifera e Prorocentrum minimum sulle quali si è approfondito lo studio dell'effetto dell'inquinante alle due temperature, attraverso una serie di analisi volte ad individuare le risposte in termini di crescita e di fisiologia delle alghe quali: conteggio delle cellule, torbidità, efficienza fotosintetica, consumo di nutrienti, quantità di clorofilla e di polisaccaridi extracellulari prodotti. La scelta di queste microalghe è stata dettata dal fatto che Gonyaulax spinifera si è rivelata la microalga più sensibile a concentrazioni di erbicida più vicine a quelle ambientali fra tutte le alghe valutate, mentre Prorocentrum minimum è fra le dinoflagellate più frequenti e rappresentative del Mar Adriatico (Aubry et al. 2004), anche se non particolarmente sensibile; infatti P. minimum è stato testato ad una concentrazione di erbicida maggiore rispetto a quelle normalmente ritrovate in ambiente marino. Dai risultati riportati nella tesi si è visto come l'erbicida Terbutilazina sia in grado di influenzare la crescita e la fotosintesi di microalghe flagellate dell'Adriatico anche a concentrazioni pari a quelle rilevate in ambiente, e si è evidenziato che gli effetti sono maggiori alle temperature in cui le microalghe hanno una crescita meno efficiente. Questi studi hanno messo in evidenza anche l'utilità delle misure di fotosintesi tramite fluorimetro PAM nel valutare le risposte delle microalghe agli erbicidi triazinici. Inoltre la diversa risposta delle microalghe osservata, potrebbe avere conseguenze rilevanti sulle fioriture estive di fitoplancton in caso di presenza in mare di Terbutilazina, anche a concentrazioni non particolarmente elevate. Questo lavoro si inserisce in un contesto più ampio di ricerca volto alla modellizzazione della crescita algale in presenza di inquinanti ed in concomitanza con le variazioni di temperatura. Infatti i dati ottenuti insieme a misure di carbonio cellulare, non ancora effettuate, saranno utili per la messa a punto di nuove parametrizzazioni che si avvicinino maggiormente ai dati reali, per poi simulare i possibili scenari futuri variando le condizioni ambientali e le concentrazioni dell'inquinante studiato.

Individuazione dei valori ottimali di crescita di dinoflagellate bentoniche, valutazione della tossicità e di interazioni allopatiche.

Individuazione dei valori ottimali di crescita di dinoflagellate bentoniche, valutazione della tossicità e di interazioni allelopatiche. Il fitoplancton rappresenta la base della catena trofica in ambiente marino, nonché oltre la metà  della produzione primaria a livello mondiale. Le dinoflagellate, assieme alle diatomee, costituiscono la maggior parte del fitoplancton, comprendendo numerose e diversificate specie di microalghe dalla differente distribuzione, ecologia e fisiologia. Alcune specie appartenenti a tale gruppo sono in grado di dare luogo, in determinate condizioni, a estesi fenomeni di fioriture algali, che diventano particolarmente impattanti se le specie coinvolte sono responsabili della produzione di biotossine, le quali possono direttamente uccidere altri organismi o accumularsi nei loro tessuti. Gli effetti nocivi di questi fenomeni si ripercuotono pesantemente sull'ecosistema marino, con ingenti morie di organismi acquatici (da pesci a molluschi, dal bentos al necton) e profonde alterazioni nelle comunità specifiche. Un forte coinvolgimento si ha di conseguenza anche per le attività umane, in seguito a forti esternalità negative su pesca, turismo, attività ricreative, o spesso con rischi direttamente correlati alla salute umana, dovuti perlopiù ad ingestione di organismi contaminati o all'inalazione di tossine per via aerea. Negli ultimi anni le fioriture algali tossiche si sono fortemente intensificate in distribuzione, estensione e frequenza, attirando l'interesse globale della comunità scientifica. Diversi studi condotti in questo senso hanno portato all'identificazione di numerose specie di dinoflagellate tossiche e all'isolamento di una lunga serie di composti chimici con effetti dannosi da esse sintetizzate. Tuttavia si conosce ancora ben poco sull'ecologia di queste specie, in particolare su quali siano i fattori che possano indurre o regolare la proliferazione e lo sviluppo di un bloom algale. Questo studio si è focalizzato su due specie di dinoflagellate bentoniche tossiche, Ostreopsis ovata e Coolia monotis, entrambe appartenenti alla famiglia Ostreopsidaceae, note già da tempo nei paesi tropicali poiché associate alla sindrome da ciguatera. Negli ultimi anni, Ostreopsis ovata è stata oggetto di numerose ricerche in Europa, poiché ha dato luogo a fenomeni di bloom, collegati con danni respiratori nell'uomo, anche lungo i litorali italiani; soltanto recentemente grazie ad una tecnica analitica basata sulla combinazione di cromatografia liquida e spettrometria di massa (LC-MS), è stato possibile isolare la diverse tossine responsabili. Durante i vari monitoraggi e campionamenti delle acque, questa dinoflagellata è stata sempre riscontrata in presenza di Coolia monotis (e Prorocentrum lima), di cui invece si conosce ben poco, visto che la sua tossicità in Mediterraneo non è ancora stata dimostrata, né la sua tossina caratterizzata. Il primo step di questo studio è stato quello di valutare, attraverso il mantenimento di colture in vitro, l'importanza della temperatura nella crescita di O. ovata e C. monotis (singolarmente) provenienti dalla zona del monte Conero (Ancona, Marche). Esistono già studi di questo tipo su ceppi adriatici di O. ovata, tuttavia è stato effettuato un esperimento similare utilizzando un nuovo ceppo, isolato in anni recenti; per C. monotis invece non sono presenti molti studi in letteratura, in particolare nessuno riguardante ceppi italiani. La valutazione della crescita è stata effettuata attraverso conteggio delle cellule, misura dell'efficienza fotosintetica e consumo dei macronutrienti. Quindi, visto che le due specie vivono in associazione nell'ambiente marino, si è cercato di evidenziare l'instaurarsi di eventuali processi competitivi o di fenomeni di allelopatia. Dall'analisi dei risultati è emerso che, se coltivate individualmente, sia C. monotis che O. ovata mostrano un optimum di crescita alla temperatura di 20°C, con tasso di crescita, numero di cellule e rendimento fotosintetico raggiunti più elevati, seppure non di molto rispetto alle colture a 25°C. Le colture a 30°C al contrario hanno mostrato valori sensibilmente inferiori. Se fatte crescere assieme, invece, C. monotis mantiene lo stesso pattern riscontrato nella monoculture a 20 e 25°C, seppur raggiungendo numeri di cellule inferiori, mentre a 30°C ha una crescita bassissima. Al contrario, O. ovata alla temperatura più elevata raggiunge lo stesso numero di cellule della monocultura, alla temperatura intermedia registra il tasso di crescita, ma non il numero di cellule, più elevato, mentre alla temperatura più bassa (che era l'optimum per la monocultura) si ha il maggior stress per la specie, evidenziando forti fenomeni di competizione. Esperimenti su C. monotis fatta crescere in un filtrato di O. ovata non hanno invece chiarito l'esistenza o meno di eventuali effetti allelopatici di Ostreopsis su Coolia, dato che non sono apparse differenze evidenti tra il controllo e il filtrato, mentre hanno messo in luce l'importanza dei batteri associati alle microalghe come supporto alla loro crescita, poiché le colture cresciute in filtrato sterile hanno manifestato tutte quante un rendimento quantico fotosintetico inferiore.