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Influenza delle variazioni di temperatura dell’acqua di mare sulle popolazioni bentoniche. Un nuovo studio effettuato nelle acque artiche mostra un loro interessante comportamento

livello medio
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ARGOMENTO: BIOLOGIA
PERIODO: NA
AREA: RICERCA
parole chiave: Antartide

 

Warming by 1°C Drives Species and Assemblage Level Responses in Antarctica’s Marine Shallows

Autori: Gail V. Ashton, Simon A. Morley, David K.A. Barnes, Melody S. Clark, Lloyd S. Peck

Un recente studio di Gail V. Ashton et alii ha rivelato che il riscaldamento indotto su delle piastre di verifica portate ad una temperatura di 1 °C maggiore di quella circostante ha comportato, a livello di colonizzazione delle specie, una diversa distribuzione delle popolazioni animali. 

Gli scienziati ritengono che nei prossimi 50 anni, le temperature dei mari dovrebbero aumentare di 1 °C. Per avere un’idea di quale potrà essere l’impatto sulle comunità bentoniche marine di questo aumento, un gruppo di ricercatori ricercatori ha posto delle piastre  riscaldate nelle fredde acque  dell’oceano artico.

Queste lastre riscaldate, posizionate sul fondo marino  riscaldavano costantemente di 1 °C o 2 °C la loro superficie fino ad una distanza di pochi centimetri dalle stesse, in pratica simulando l’aumento di temperature previsto nei prossimi cento anni. Dopo nove mesi di osservazione, l’equilibrio delle specie che vivevano in quelle aree si è notevolmente modificato. Un tipo di verme marino è cresciuto in media del 70 percento più grande del normale nelle condizioni più calde. Una specie di briozoi, un minuscolo organismo coloniale, ha prosperato al punto di colonizzare altre specie.

Gail Ashton, una ricercatrice del Smithsonian Environmental Research Center, Tiburon, CA, leader del team che ha pubblicato questo studio, ritiene che sia importante comprendere le implicazioni del riscaldamento dell’oceano sulle comunità bentoniche marine. Lo studio ha considerato il valore di un grado Celsius riferendosi ad un incremento delle temperature stimato che e’ stato previsto dagli oceanografi e climatologi sulla base dell’attuale riscaldamento degli oceani, un valore che si prevede sarà raggiunto nei prossimi 50 anni.

Lo studio, che si riassume in questo breve articolo, apre nuove prospettive per determinare l’impatto biologico ed ecologico negli oceani che, come sappiamo si stanno riscaldando a causa delle variazioni climatiche.

La ricerca
Gli scienziati hanno effettuato la ricerca nell’Artico considerando del livello di riscaldamento limitato (uno – due gradi Celsius) per evitare che variazioni potessero restituire dati ambigue. Una variazione troppo forte delle temperature potrebbe infatti instaurare cambiamento anomali che potrebbero instaurare il dubbio che possano essere causati da uno shock termico piuttosto che dall’incremento della temperatura assoluta. I ricercatori hanno collocato sul fondo del mare delle piastre riscaldate, poste all’interno di un blocco di plastica mantenendo costante un riscaldamento delle superfici per ben nove mesi. In sintesi è stato osservato un aumento significativo della crescita da parte di organismi sulle piastre riscaldate di  un grado °C mentre in quelle di 2 gradi i risultati apparentemente sono stati statisticamente meno significativi. Sulla base dei cambiamenti osservati in questa impostazione sperimentale, si ritiene che sia difficile estrapolare con sicurezza che cosa possa avvenire con aumenti maggiori delle temperature dell’impostazione sperimentale. Si potrebbe ipotizzare una crescita maggiore degli organismi viventi sul fondo marino con cambiamenti significativi delle comunità, ovviamente con vincitori e perdenti, in particolari in regioni come i poli. In realtà, riferisce la Ashton, è che stiamo già assistendo ad aumenti delle popolazioni associati al riscaldamento degli oceani. Considerando un intervallo temporale di 50 anni potrebbero però entrare in gioco altri fattori  naturali ed antropogenici.

Quale è l’importanza di questo studio?
Le comunità biologiche presenti sul fondo marino sono una parte vitale degli ecosistemi oceanici; sono la maggior parte della biodiversità negli oceani e forniscono importanti funzioni come il ciclo dei nutrienti, la cattura del carbonio e la fornitura di habitat. Essi forniscono cibo, biodiversità, resilienza al cambiamento, e sono influenzati in qualità e quantità dai cambiamenti.

Panel Assemblages after 9 Months In Situ Illustrating the Visibly Distinct Communities End-point photographs of all control (top), +1°C (middle), and +2°C (bottom) panels. Each image shows an entire experimental settlement surface (9.8 × 9.8 cm). Note the two +2°C panels on the bottom right, which appear uniquely uneven in their recruitment.

Risultati
La previsione delle risposte a livello di assemblaggio ai cambiamenti climatici rimane una delle maggiori sfide nell’ecologia globale. I dati degli effetti sull’ambiente biologico marino sono limitati perché provengono in larga misura da esperimenti che utilizzano un numero limitato di specie, dei mesocosmi le cui condizioni interne sono innaturali e studi di correlazione a lungo termine basati su raccolte storiche. L’osservazione  delle modificazioni locali con quasi il raddoppio dei tassi di crescita della vita sul fondale antartico sono molto importanti. Gli aumenti di crescita superano di gran lunga quelli attesi dai rapporti di temperatura biologica stabiliti più di 100 anni fa da Arrhenius. Questi aumenti di crescita hanno portato a una singola specie pionieristica “r-strategista” (con il  briozoo Fenestrulina rugula) che dominava la copertura spaziale del fondo marino e guidava una riduzione della diversità e dell’equità generale. Al contrario, a 2 ° C l’aumento produceva risposte divergenti attraverso la crescita delle specie, risultando in una maggiore variabilità nell’assemblaggio.

Different Growth Rate Responses among Species Were Observed in the Three Treatments: Control, +1°C, and +2°C (A) Area covered by the spatially dominant bryozoan (Fenestrulina rugula) and spirorbid (Romanchella perrieri) under warming and control treatments. Data show the mean and interquartile range of panel surface area covered by a single colony (top) or individual (bottom). Different letters indicate significantly different areas per age (F(1,9) with p < 0.01). (B) Growth-rate response of six spatially dominant species to warming treatments. Data are individual (spirorbid polychaete) or colony (bryozoan) growth rates since the previous sampling [calculated as (radius at T2 − radius at T1) / (T2 − T1) mm d−1]. Lines are loess smoothed trends in growth rates during the 2014/2015 summer season in Antarctica.

Dopo 9 mesi in situ, la composizione spaziale delle specie era significativamente diversa con un 1 °C di riscaldamento rispetto ai controlli. Complessivamente, sono stati identificati 23 taxa sui pannelli, con accumuli di specie dominati da briozoi e policheti spirorbidi, ma anche da ascidie, idroidi e spugne. Otto taxa hanno colonizzato tutti i pannelli. Le specie hanno risposto in modo diverso ai trattamenti nelle metriche di assemblaggio. Ad esempio, le risposte di copertura percentuale incluse  aumentano con 1 °C di riscaldamento ma meno con 2 °C di riscaldamento. L’indice più elevato di valori di dispersione multivariata (IMD) ha rivelato che la distribuzione spaziale sui pannelli utilizzati per l‘esperimento erano più simili tra loro rispetto a quelli di entrambi i trattamenti riscaldati ovvero  le distribuzioni in entrambi i trattamenti erano più variabili.

(A) Biofouling panel community diversity indices. Data show the mean and interquartile range of three diversity measures (species richness, Simpson’s diversity index, and Pielou’s evenness index) calculated using percentage cover as abundance; panels on the right have the abundance of Fenestrulina rugula excluded from the calculations. Letters depict significant differences between treatments when all species were included in the analyses (p < 0.05, Kruskal-Wallis with Tukey’s post hoc); no differences were significant when F. rugula data were excluded (p > 0.05). (B) Non-metric multi-dimensional scaling (nMDS) plot illustrating differences in species composition of assemblages recruiting to panels after 9 months in situ. Biofouling assemblages established on heated panels (+1°C) were significantly different from those on control panels (p = 0.029), whereas assemblages on panels heated a further degree (+2°C) were also different, but not significantly so (p = 0.057; C). (C) Portions of bare space and the three top space occupiers contributing to the similarity of community compositions within treatments.

La percentuale di copertura sui pannelli posti sul fondo variava considerevolmente, tra il 20% e l’80%. I pannelli di controllo erano più scarsamente coperti (media = 39%), mentre i pannelli nel trattamento + 1 °C avevano la copertura più alta (media = 68%). Si rimanda allo studio originale per maggiori dettagli

Riferimenti
Autori: Gail V. Ashton, Simon A. Morley, David K.A. Barnes, Melody S. Clark, Lloyd S. Peck
email: ashtong@si.edu (G.V.A.), smor@bas.ac.uk (S.A.M.)
Ashton et al., 2017, Current Biology 27, 2698–2705
September 11, 2017 Published by Elsevier Ltd.  

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