Ricci di mare in ecosistemi alterati dai cambiamenti climatici

Quando si guida sotto un temporale, la trazione è fondamentale. Se i tuoi pneumatici non hanno un battistrada sufficiente, il tuo veicolo scivolerà e non avrai l'aderenza necessaria per manovrare in sicurezza. Quando le piogge torrenziali colpiscono gli ecosistemi vicino alla costa, con acque poco profonde, i ricci di mare affrontano una sfida simile. Le forti precipitazioni possono alterare la concentrazione di sale nelle acque oceaniche causando livelli di salinità inferiori. Anche un leggero cambiamento nella salinità può influire sulla capacità dei ricci di mare di fissare saldamente i loro piedi tubolari all'ambiente circostante, come pneumatici che fanno presa sulla strada. Questa diventa una questione di vita o di morte per le piccole creature spinose, poiché si affidano alle loro strutture adesive per muoversi nell'area rocciosa battuta dalle onde vicino alla riva del mare.

I biologi della Syracuse University sono coautori di uno studio, pubblicato dal Journal of Experimental Biology (1) che esplora come le capacità adesive dei ricci di mare sono influenzate dai diversi livelli di salinità dell'acqua.

La sopravvivenza dei ricci di mare è vitale per mantenere l'equilibrio all'interno degli ecosistemi marini. I ricci di mare sono responsabili del pascolo di circa il 45% delle alghe sulle barriere coralline. Senza ricci di mare, le barriere coralline possono diventare ricoperte di macroalghe, che possono limitare la crescita dei coralli. Con l'importanza delle barriere coralline per la protezione costiera e la conservazione della biodiversità, è fondamentale salvaguardare la popolazione di ricci di mare.

Poiché il cambiamento climatico globale causa condizioni meteorologiche estreme che vanno da ondate di calore e siccità a forti piogge e inondazioni, le grandi quantità di acqua dolce che si riversano negli ecosistemi costieri stanno alterando gli habitat. Un team di biologi, guidato dal dottor Austin M. Garner (2), assistente professore presso il Dipartimento di Biologia del College of Arts and Sciences (3), ha studiato gli impatti della bassa salinità e come altera la capacità dei ricci di mare di afferrare e muoversi all'interno del loro habitat. Garner, che è membro della Syracuse University’s BioInspired Institute (4), studia come gli animali si attaccano alle superfici in ambienti variabili dal punto di vista della vita e delle scienze fisiche.

Lo studio del team ha cercato di capire in che modo le popolazioni di ricci di mare (Strongylocentrotus droebachiensis) saranno influenzate da futuri eventi climatici estremi.

«Mentre molti animali marini possono regolare la quantità di acqua e sali nei loro corpi, i ricci di mare non sono così efficaci in questo», afferma Garner. «Di conseguenza, tendono ad essere limitati a una gamma ristretta di livelli di salinità. Le precipitazioni torrenziali possono causare lo scarico di enormi quantità di acqua dolce nell'oceano lungo la costa, provocando una rapida riduzione della concentrazione di sale nell'acqua di mare».

La ricerca del gruppo è stata condotta presso i Friday Harbor Laboratories (FHL) dell'University of Washington. L'autore principale dello studio, il dottor Andrew Moura (5), che è uno studente laureato nel laboratorio di Garner a Syracuse, si è recato a FHL insieme a Garner e ai ricercatori dell'Università di Villanova per condurre esperimenti con ricci di mare verdi vivi. Hanno lavorato a fianco dell'ex studiosa post-dottorato FHL Carla Narvaez, che ora è assistente professore di biologia al Rhode Island College, e dei professori della Villanova University Alyssa Stark e Michael Russell.

Al Friday Harbor Laboratories, i ricercatori hanno separato i ricci di mare in 10 gruppi in base ai diversi livelli di salinità all'interno di ciascuna vasca, dal contenuto di sale normale a quello molto basso. In ogni gruppo, hanno testato metriche tra cui la risposta di raddrizzamento (la capacità dei ricci di mare di capovolgersi), la locomozione (velocità da un punto all'altro) e l'adesione (forza alla quale i loro piedi tubolari si staccano da una superficie). Nel laboratorio di Garner a Syracuse, lui e Moura hanno completato l'analisi dei dati per confrontare ogni metrica.

Il team ha scoperto che la risposta di raddrizzamento, il movimento e la capacità adesiva dei ricci di mare erano tutti influenzati negativamente dalle condizioni di bassa salinità. È interessante notare, tuttavia, che la capacità adesiva dei ricci di mare non è stata gravemente compromessa fino a livelli di salinità molto bassi, indicando che i ricci di mare possono essere in grado di rimanere attaccati in condizioni ambientali difficili vicino alla costa anche se le attività che richiedono una maggiore coordinazione dei piedi del tubo (raddrizzamento e movimento) potrebbero non Essere possibile.

«Quando vediamo questa diminuzione delle prestazioni in condizioni di salinità molto bassa, potremmo iniziare a vedere cambiamenti nel luogo in cui i ricci di mare potrebbero vivere come conseguenza della loro incapacità di rimanere bloccati in determinate aree che presentano una bassa salinità», spiega il dottor Moura. «Ciò potrebbe cambiare la quantità di pascolo dei ricci di mare e potrebbe avere profondi effetti sull'ecosistema».

Il loro lavoro fornisce dati critici che migliorano la capacità dei ricercatori di prevedere quanto saranno importanti animali come i ricci di mare in un mondo che cambia. I principi di adesione che Garner e il suo team stanno esplorando potrebbero tornare utili anche per i materiali adesivi progettati dall'uomo, un lavoro che si allinea con la missione del BioInspired Institute della Syracuse University di affrontare le sfide globali attraverso la ricerca innovativa.

«Se riusciamo a conoscere i principi fondamentali e i meccanismi molecolari che consentono ai ricci di mare di secernere un adesivo permanente e di usarlo per un fissaggio temporaneo, potremmo sfruttare quel potere nelle sfide di progettazione dei nostri adesivi oggi», afferma Garner. «Immagina di poter avere un adesivo altrimenti permanente, ma poi aggiungi un altro componente, che si scompone e puoi incollarlo di nuovo da qualche altra parte. È un perfetto esempio di come la biologia può essere utilizzata per migliorare i prodotti quotidiani che ci circondano».

Riferimenti:

(1) Hyposalinity reduces coordination and adhesion of sea urchin tube feet

(2) Austin M. Garner

(3) Biology Department - College of Arts & Sciences at Syracuse University

(4) BioInspired – Syracuse University

(5) Andrew Moura

Descrizione foto: Il professore di biologia Austin M. Garner della Syracuse University tiene in mano un riccio di mare. - Credit: Syracuse University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Sea Urchins Are Struggling to ‘Get a Grip’ as Climate Change Alters Ecosystems