Una migliore comprensione delle risposte allo stress nello sbiancamento dei coralli
Le scogliere coralline si basano sulla simbiosi delle microalghe con un organismo calcificante per costruire l’infrastruttura della scogliera. Tuttavia, i cambiamenti climatici stanno ora minacciando le scogliere coralline in tutto il mondo provocando una disfunzione simbiotica nota come «sbiancamento dei coralli». Anche se gli scienziati sanno bene che lo sbiancamento è una risposta specie-specifica e stressore-specifica, le risposte cellulari e intercellulari sottostanti sono ancora poco esplorate. Il coinvolgimento di ossido nitrico (NO) e perossido di idrogeno (H2O2) è noto, ma le loro fonti, la loro interazione e le loro dinamiche non erano mai state studiate nei coralli prima del progetto DENOCS, supportato dall’UE. DENOCS è stato in grado, per la prima volta, di visualizzare la produzione di NO stressore-specifico in una simbiosi intatta utilizzando colture di tessuti di corallo. Gli esperimenti hanno dimostrato che i «tipici» stressori che inducono lo sbiancamento dei coralli hanno iniziato la produzione di NO nel sito di microalghe. Il gruppo di ricerca ha dimostrato che anche uno stress leggero da solo potrebbe indurre lo stesso processo.
Quando la simbiosi si scompone
La simbiosi tra gli ospiti animali (cnidari, dell’ordine Scleractinia) e le microalghe Symbiodiniaceae che vivono nei loro tessuti viene meno quando sono sottoposti a uno stress ambientale. Se le microalghe vengono degradate o espulse, tutto ciò che resta poi visibile è il sottostante scheletro di corallo bianco, scolorito, dall’aspetto quasi trasparente e, se le condizioni di stress non si riducono, il corallo muore. Temperature elevate della superficie del mare in combinazione con condizioni di luce elevata sono i principali fattori di stress che portano allo sbiancamento dei coralli. Tuttavia, diverse specie di microalghe possono rispondere in modo diverso allo stress e alcuni coralli possono modulare la loro resilienza scambiando il simbionte microalgale con una specie più tollerante allo stress. DENOCS ha utilizzato il bioimaging e il rilevamento microambientale nei coralli sotto stress per studiare se l’animale corallino o le microalghe siano i principali produttori di radicali cellulari (H2O2 o NO) nella risposta di sbiancamento. Utilizzando colture tissutali di corallo (provenienti dal corallo Fungia fungites) sottoposte a stress termico e luce elevata in incubazioni a breve termine (6 ore) e a lungo termine (24 ore), sarebbe possibile mappare la presenza e la posizione di NO all’interno della disposizione del tessuto simbiotico con un microscopio confocale dopo l’aggiunta di un colorante fluorescente responsivo al NO. Il gruppo di ricerca ha anche scoperto che basse condizioni di ossigeno potrebbero stimolare la produzione di radicali cellulari dannosi quali NO. È stato anche scoperto che colture microalgali diverse (Symbiodinium microadriaticum e S. tridactnidorum) hanno risposto diversamente allo stress NO. «Quando un corallo ospita S. microadriaticum e l’animale rilascia NO come risposta allo stress rappresentato da temperatura elevata o luce, la produttività del suo simbionte microalgale risulterà ridotta. Ciò significa che verrà trasferita meno energia all’ospite rispetto a un corallo che ospita un simbionte microalgale meno sensibile al NO», spiega Verena Schrameyer, ricercatrice post-dottorato di DENOCS.
Gestione della scogliera corallina
Lo sbiancamento dei coralli viene ripetutamente evidenziato dai ricercatori e dai media come una delle conseguenze più devastanti dei cambiamenti climatici. Il progetto DENOCS contribuisce a spiegare più in dettaglio cosa sta accadendo e in che modo alcuni di questi meccanismi di stress sono simili a quelli degli animali superiori. «Comprendendo meglio le risposte allo stress nitrosativo e ossidativo nei coralli, DENOCS contribuisce agli sforzi per quantificare le concentrazioni soglia e i siti di impatto probabile per interventi più efficaci», afferma Michael Kühl, coordinatore del progetto. I progressi tecnologici di DENOCS potrebbero essere utilizzati per ulteriori lavori ecotossicologici. Le tecniche sperimentali potrebbero, ad esempio, essere utilizzate per studi su come inquinanti ambientali, quali percolati plastici o altri xenobiotici, influenzino la produzione di radicali cellulari e le loro soglie critiche per lo stress dei coralli.
Parole chiave
DENOCS, corallo, cambiamenti climatici, stressore, sbiancamento, biodiversità, ecosistema, ossido nitrico, perossido di idrogeno, Scleractinia, simbiosi, Symbiodiniaceae, microalghe, bioimaging, sensori
