INPUT Integrative Pelagic Ecosystem Responses to

nutrients fertilization and microplastics addition

Rapporto sui primi risultati

Realizzato da:

Acampora Angela

Acri Flavio

Bottone Martina

Lungo Pierluigi

Manna Davide

Palumbo Michele

Papa Vincenzo

Pellecchia Romina

Rossi Mirella

Introduzione

“INPUT” ( che corrisponde a Integrative Pelagic Ecosystem

Responses to nutrients fertilization and microplastic

addition”) è un esperimento scientifico condotto dalla

Stazione Zoologica “Anton Dohrn” dall’8 giugno al 22

giugno 2016 nell’area circostante il porto di Mergellina. La

Stazione Zoologica ha collocato sei grandi dispositivi

chiamati mesocosmi per il campionamento a diverse

profondità dell’acqua da analizzare, al fine di studiare gli

effetti delle microplastiche sull’ecosistema marino.

All’analisi dei campioni d’acqua è intervenuto anche il

Liceo Scientifico Statale “Filippo Silvestri” che in tal modo

ha avuto l’occasione di partecipare in maniera diretta agli

esperimenti di valutazione e monitoraggio di determinati

parametri. Il progetto ha visto la collaborazione tra la SZN,

l’Università di Lecce, di Ancona, di Genova, di Trieste, il

CNR di Pisa, di Capogranitola e di Napoli.

Oltre ad analizzare gli effetti della presenza di

microplastiche nell’ecosistema marino, gli esperimenti

tenuti all’interno dei mesocosmi hanno avuto come

obiettivo anche il funzionamento pelagico durante un

bloom algale (un processo di fioritura algale) ed anche

l’investigazione sul ciclo biogeochimico delle

microplastiche.

L’esperimento

Esso è costituito da tre tappe fondamentali:

Analisi della risposta dell’ecosistema durante il “bloom

algale”( Fenomeno stagionale legato all’esplosione di

alcune popolazioni di microrganismi tra quelle che

costituiscono la porzione vegetale del plancton

(fitoplancton), composta da microrganismi in grado di

trasformare l’energia solare in biomassa attraverso la

fotosintesi)

Monitoraggio del ciclo delle microplastiche

Analisi dell’influenza delle microplastiche sul Bloom

E’ possibile creare artificialmente un bloom algale

attraverso l’utilizzo nell’ecosistema di particolari nutrienti.

Il più adatto a questo scopo è il mesocosmo, un qualsiasi

sistema sperimentale all'aperto che esamina l'ambiente

naturale in condizioni controllate. In questo modo gli studi

mesocosmo forniscono un legame tra indagini sul campo e

esperimenti di laboratorio altamente controllate. I

mesocosmi tendono anche ad essere di dimensioni medie e

grandi (ad esempio, gamma mesocosmo acquatico: 1 a>

10.000 L) e contengono più livelli trofici di organismi che

interagiscono.

Nel corso dell’esperimento si sono utilizzati 6

mesocosmi,divisi in due gruppi da tre, in modo da ottenere

una validità matematica, in particolare statistica. La

strategia sperimentale prevede 2 gruppi di mesocosmi: il

primo costituito da 3 mesocosmi con nutrienti mentre il

secondo da 3 mesocosmi con nutrienti con aggiunta di

microplastiche. Durante i 15 giorni dell’esperimento,sono

previsti due momenti fissati ad una distanza di 7 giorni in

cui si aggiungono i nutriente per ottenere il bloom algale;

ed è necessario dimostrare che questa reazione sia indotta

dall’aggiunta di micronutrienti. Per definire la validità

dell’esperimento è necessario anche definire un punto di

raccolta dati esterno e che la situazione esterna rimanga

costante affinché non ci siamo variazioni sulla materia

studiata;inoltre è fondamentale che i mesocosmi non

influenzino le proprietà idrologiche delle masse d’acqua.

Bloom algale

Il bloom algale è il processo di fioritura, e quindi di

crescita, di particolari tipi di microalghe

fitoplanctoniche (in genere rappresentate da diatomee o

dinoflagellati). Tali microalghe rappresentano la

componente vegetale del plancton, costituita da

microrganismi che sono il grado di convertire tramite il

processo di fotosintesi clorofilliana l’energia solare in

biomassa. La fioritura algale dà luogo al fenomeno

della marea rossa, consistente nel cambiamento di

colore delle maree, che in seguito al bloom assumono

un colore rosso. La marea rossa è generalmente

provocata da una massiccia quantità

di biomasssa fitoplanctonica che si accumula

rapidamente e diviene visibile sulla superficie

dell'acqua. La colorazione assunta dalla colonna

d'acqua dipende dalla presenza di pigmenti

fotosintetici quali la clorofilla e i carotenoidi. La marea

rossa manifesta solitamente delle conseguenze

ecologiche negative legate alla morte di pesci

e organismi bentonici provocata per via diretta

dalle tossine prodotte da talune microalghe, oppure per

via indiretta in seguito alla carenza di ossigeno dovuta

alla decomposizione di tutta la biomassa algale.

Organismo pelagico

La fauna pelagica è costituita da specie che per tutta la

vita o per un periodo continuo di essa vivono

indipendenti dal fondo e dalle rive, in balia delle onde

e delle correnti. I fattori fisici e chimici, luce,

temperatura, salsedine, grado di acidità e alcalinità ecc.

delle acque, regolano la distribuzione degli animali e

delle piante in questo particolare ambiente biologico.

Caratteristiche tipiche degli animali p. sono la

trasparenza del corpo e la forte idratazione dei tessuti

che conferiscono a esso una densità quasi eguale a

quella dell’acqua di mare, condizione questa

favorevole al galleggiamento. Altri mezzi per

mantenersi in equilibrio in seno al liquido sono forniti

agli organismi pelagici dalla presenza di materiali più

leggeri, come bolle di gas o gocciole oleose, o di

appendici e espansioni del corpo che ne aumentano la

superficie di sostentamento. Gli organismi pelagici si

contrappongono invece agli organismi bentonici,

creature acquatiche che per un periodo continuato o

per tutta la vita si mantengono in relazione con il fondo

marino. Molti organismi che da adulti appartengono

alla fauna bentonica hanno larve e forme giovanili

pelagiche, come ad esempio: molti vermi, gli

Echinodermi, i Crostacei, molti pesci Teleostei.

Microplastiche

Le microplastiche (MPs) sono frammenti di

materiaplastica di origine antropica di dimensioni

estremamente ridotte, invisibili generalmente ad occhio

nudo ( 5mm-330 µm), provengono dalla frammentazione

di plastiche e mesoplastiche in seguito a processi

industriali o all’ errato smaltimento di rifiuti di cui fanno

parte. Le microplastiche vengono caratterizzate

principalmente in base a due criteri: morfologia,

composizione. La categorizzazione delle microplastiche

su base morfologica è spesso determinata dalla fonte che

le origina, se ne individuano quindi due classi principali:

pellets e microbeads ("perline" plastiche utilizzate in

molti prodotti per l'igiene quotidiana) e frammenti

derivanti dalladisgregazione di rifiuti di maggiori

dimensioni e fibre. Tendenzialmente i microbeads si

presentano in forme appiattite, cilindriche, sferoidali o

discoidali e sono considerate microplastiche primarie, in

quanto si tratta di frammenti di materie plastiche che

sono volutamente realizzati per essere di dimensioni

microscopiche. Viceversa le microplastiche secondarie,

derivanti da disgregazione di rifiuti di maggiori

dimensioni, sono sia i frammenti erosi, dalla morfologia

molto più irregolari, sia le fibre, le quali, si presentano

sotto forma di filamenti sottili ed allungati. Quest'ultima

morfologia sovente è quella della quale si riscontra la più

alta presenza (in percentuale) negli ambienti marini.Le

microplastiche sono anche suddivise su base

composizionale, trai composti che più comunemente

vanno a costituirle: polietilene, il polipropilene, il

polistirene, il polietilene tereftalato ed il

polivinilcloride.La loro pericolosità ambientale è stata a

lungo ignorata, ma si è attualmente consci del fatto che

possiedono la capacità di accumularsi negli organismi e

microorganismi acquatici dai quali vengono assorbiti e

permangono molto a lungo. Altro fattore che determina la

difficoltà di bonificare superfici acquatiche ad alta

presenza di MPs è rappresentato proprio dalle loro ridotte

dimensioni, nonché dalla alta densità di alcune di esse

che le conducono a decantare al livello dei sedimenti del

fondale.

Risultati preliminari

Di seguito sono illustrati i risultati relativi all'esperienza

vissuta; in particolare poniamo la nostra attenzione sulla

situazione climatologica del Golfo durante lo svolgimento

del progetto. Inoltre e' necessario evidenziare la situazione

oceanografica del Golfo e alcune caratteristiche relative ai

mesocosmi come la temperatura, i nutrienti, la biomassa

fitoplanctonica e fotosintetica, al fine di mostrare una

panoramica generale sull'esperimento affrontato.

Il primo grafico mostra i cambiamenti climatici, e in

particolare l'innalzamento o l'abbassamnto della

temperatura, che si sono verificati nel corso del progetto.

Sono evidenti dei picchi di circa 30° che hanno influenzato

il regolare corso dell indagini a mare.

Nei due grafici che seguono si pone l'attezione sulle altre

caratteristiche che sono state determinanti nel corso delle

indagini. In particolare il vento ha influenzato i regolari

prelievi di campionatura a mare e molto spesso ha

determinato conseguenze negative per quanto riguarda i

mesocosmi che erano stati posizionati nel Golfo.

I grafici seguenti illustrano la situazioe oceanografica nella

quale si e' svolta l'esperienza. In particolare viene

evidenziata la profondita' alla quale si trovavano i nutrienti

giorno per giorno. Risulta abbastanza evidente il fatto che

tali nutrienti non occupano posizioni fisse nemmeno nel

corso di uno stesso giorno, infatti sono stati rilevati

cambiamenti di profondita' durante lo svolgimento della

giornata. Se si fa riferimento ai grafici si notano colori

diversi a seconda del diverso livello di profondita' dei

nutrienti. Dunque il rosso e il viola indicano rispettivamente

la massima e la minima profondita' registrata durante

l'esperimento. Anche in questo contesto, come per la

situazione climatologica, sia il vento che le temperature

registrate hanno avuto un ruolo determinate nel corso delle

indagini.

Questo grafico mostra l'evidente aumento delle

concentrazioni celulari nel tempo, in particolare da tempo-1

al tempo-11. Inoltre e' evidenziata la variazione delle

abbondanze relative ai gruppi fitoplanctonici. Si e'

verificato di conseguenza il passaggio da comunita' a

piccoli flagellati a comunita' a diatomee.

Questa immagine mostra in dettaglio che anche nel

popolamento a diatomee e' stato osservato un cambiamento

delle specie dominanti.

Grazie ai risultati ottenuti dunque e' stato possibile testare la

variazione delle concentrazioni di nutrienti, di clorofilla e di

batteri giorno per giorno a diversi livelli di profondita'.

Ovviamente nel corso delle campionature e del rilevamento

dei dati hanno agito anche altre componenti naturali come

la luce, dunque e' risultata necessaria una ricostruzione dei

profili verticali giornalieri dell' estinzione della luce nei 6

mesocosmi e un calcolo dei coefficienti di estinzione della

luce in modo da seguire il suo andamento nel tempo.

Il nostro commento

Dal punto di vista emozionale l’esperienza, considerata

nella sua globalità, è risultata essere più che positiva. In

primo luogo è stato sicuramente istruttivo per noi, allievi di

un liceo scientifico, prendere parte attivamente ad indagini

microbiologiche utilizzando strumenti di analisi ai quali

non ci eravamo mai approcciati in precedenza; come nel

caso del fluorimetro, del filtratore ad aspirazione, di filtri in

nylon, provette, vetrini ect.

Abbiamo trovato inoltre proficuo lavorare con dei giovani

ricercatori, in massima parte ragazzi poco più anziani di

noi, neo laureati, i quali hanno cercato di introdurci, anche

se per poco, in un mondo a noi sconosciuto, quello della

ricerca sul campo, rappresentando per noi una valida fonte

di orientamento per le scelte del nostro imminente futuro

universitario/lavorativo.

Altro aspetto dal fascino non trascurabile è stato

l’adoperare praticamente il celebre “metodo scientifico”,

programma di studio in scienze, nonché in storia della

filosofia occidentale. Difatti, nello svolgere il nostro ruolo

di supporto per i ricercatori della stazione, metodicità e

precisione hanno incarnato le parole d’ordine nello

svolgimento delle anche più minute operazioni; facendoci

comprendere quanto la raccolta dei dati necessiti di

schematizzazione preliminare sia per una questione

prettamente utilitaristica (la facilità di reperimento dei dati

stessi), ma anche pero conferire ad essi “scientificità”. Tutte

le nostre piccole mansioni comportavano infatti la

schedulazione manoscritta dei vari campioni trattati divisi

per data di raccolta, numero del mesocosmo di

appartenenza, profondità di prelevazione, numeri di serie

per il riconoscimento dei campioni da congelarsi ect.

In conclusione possiamo affermare di essere stati davvero

appagati dall’ aver preso parte a questo esperimento unico

nel suo genere e dalla grandissima importanza in ambito

scientifico ed ecologico i cui risultati influenzeranno di

sicuro le future politiche gestionali dei nostri mari, volte

alla sua salvaguardia; ci è piaciuto sentirci parte di una

squadra unita per un compito così importante ed anzi

avremmo voluto partecipare ancor più attivamente al

campionamento e raccolta dei dati. Ringraziamo di cuore il

professor Brunet, la stazione zoologica Anton Dohrn, la

SZN e le referenti del progetto, le professoresse Mandarino

ed Imparato per questa opportunità, speriamo di essere stati

di supporto e ci auspichiamo che questa proficua nonché

divertente collaborazione possa proseguire anche in futuro.