Le ondate di calore minacciano gli organismi marini

Negli ultimi cinquanta anni le ondate di calore e di conseguenza le ondate di calore marino sono diventate più lunghe, più intense e più frequenti. Si tratta di periodi di durata variabile in cui l’acqua del mare raggiunge temperature insolitamente elevate. Le ondate di calore marino minacciano organismi e interi ecosistemi marini.

Il termine ondate di calore marino deriva dall’inglese marine heatwaves (MHWs) ed è stato coniato in seguito a un evento di riscaldamento estremo avvenuto lungo la costa occidentale dell’Australia nell’estate del 2011. Da allora ne sono seguiti altri. Un esempio sono quelli legati a El Niño nell’ oceano Pacifico tropicale centro-orientale verificatisi nel 2015-16 e nel Mar dei Coralli nel 2016, 2017 e 2020.

L’ondata di calore marino più lunga mai registrata, detta Blob, si è verificata nell’oceano Pacifico nord-orientale dal 2014 al 2016. Tra le loro conseguenze ci sono la diminuzione della produttività, la mortalità di massa di mammiferi e uccelli marini e le fioriture di alghe nocive. La frequenza e l’intensità degli MHW sono aumentate in modo significativo nell’ultimo secolo. Infatti, la percentuale di tempo in cui l’oceano globale raggiunge temperature insolitamente elevate è aumentata di oltre il 50% dal 1925 al 2016.

La temperatura dell’acqua influenza le funzioni vitali degli organismi marini

Gli organismi viventi svolgono le proprie funzioni vitali entro un intervallo specifico di temperatura, chiamato nicchia termica. Infatti, la temperatura esercita una profonda influenza sui loro processi fisiologici (come la fotosintesi e la respirazione) ed ecologici (come la crescita, la riproduzione e la sopravvivenza).

Tuttavia, man mano che l’atmosfera terrestre e gli oceani si riscaldano, gli organismi mettono in atto diverse risposte per sopravvivere. Tra queste ci sono la migrazione e la modifica dell’espressione dei propri geni. Inoltre, le ondate di calore marino possono minacciare gli organismi marini di un’intera specie, le singole popolazioni di una stessa specie oppure l’intero ecosistema.

Le ondate di calore non si verificano in modo isolato ma interagiscono con altri fattori di stress come la torbidità dell’acqua, la fioritura di alghe nocive e l’anossia che a loro volta minacciano ulteriormente la sopravvivenza degli organismi marini.

Effetti delle ondate di calore sulle specie marine

Le specie marine si distribuiscono a varie latitudini in base alla loro nicchia termica. Le ondate di calore influenzano maggiormente le specie stenoterme, cioè con una nicchia termica ristretta, rispetto a quelle euriterme, cioè con una maggiore tolleranza termica.

Una strategia immediata per evitare lo stress termico è il trasferimento in rifugi termici. Tuttavia, a differenza della terraferma dove sono presenti zone vicine con diversi microclimi, sott’acqua spesso mancano rifugi termici locali. Infatti, solo le specie pelagiche che possono nuotare a lungo, anche per centinaia di chilometri, riescono a raggiungere acque con temperature adeguate.

Se le temperature aumentano, aumenta il tasso metabolico dell’organismo e di conseguenza la sua richiesta energetica. L’incremento di energia serve a mantenere attive le funzioni neuromuscolari e fisiologiche e a rispondere allo stress cellulare (ad esempio proteggendo le macromolecole cellulari come proteine, RNA, DNA e lipoproteine). Di conseguenza gli organismi tendono ad alimentarsi di più modificando così anche le dinamiche di interazione preda-predatore. Qualora non sia possibile cibarsi di più, gli organismi mettono in atto altre strategie come il blocco della riproduzione e/o della crescita.

Le specie sessili o sedentarie, non potendosi spostare, modificano la composizione delle proteine ​​cellulari, la fluidità delle membrane cellulari e di altre piccole molecole presenti nel citoplasma per mantenere l’omeostasi. 

Inoltre, le ondate di calore marino possono colpire direttamente i gameti, che la maggior parte delle specie marine rilascia nella colonna d’acqua, influenzando sia la fecondazione che il successivo sviluppo.

Le ondate di calore minacciano le singole popolazioni di organismi marini

Le singole popolazioni di una stessa specie possono rispondere in modo diverso l’una all’altra.

Le ondate di calore marino verificatesi nel mar Mediterraneo tra il 1979 e il 2020 hanno causato più di 2.300 eventi di mortalità di massa relativi a più di 90 specie di invertebrati bentonici. Quella verificatasi nel Mar Rosso nel 2017 ha causato la mortalità di oltre 40 specie di pesci della barriera corallina.

Non tutte le ondate di calore marino minacciano gli organismi marini. Ad esempio, quella avvenuta nell’Artico canadese nel 2009 ha portato a un aumento della riproduzione del merluzzo grazie alla precoce rottura del ghiaccio e a condizioni alimentari favorevoli.

Gli impatti delle ondate di calore sugli organismi marini appartenenti alla cosiddetta megafauna (squali, tartarughe e uccelli marini) comprendono migrazioni temporanee (anche di centinaia o migliaia di chilometri), problemi riproduttivi, spiaggiamenti di massa e aumento della mortalità.

Molte specie di uccelli marini e pinnipedi mostrano un’elevata fedeltà per i luoghi di riproduzione. Questa preferenza li rende vulnerabili ai cambiamenti nel clima e nella distribuzione delle loro prede. Nel 1997-1998, l’ondata di calore associata a El Niño ha causato problemi riproduttivi e mortalità di massa dei leoni marini delle isole Galápagos e dei pinguini reali nell’Oceano Indiano meridionale. L’aumento della loro mortalità è stato causato soprattutto dal cambiamento nella distribuzione delle prede. 

Le ondate di calore minacciano gli organismi marini come i leoni marini.
Figura 1 – Come le ondate di calore minacciano gli ecosistemi

Le ondate di calore marino possono spingere le specie marine verso aree prima non esplorate. Lo spostamento può essere temporaneo oppure definitivo. Nel secondo caso, queste specie possono colonizzare il nuovo ambiente entrando in diretta competizione con quelle native. In questo modo si altera la struttura e la funzione di un intero ecosistema.

Le ondate di calore minacciano interi ecosistemi marini

La perdita o la sostituzione delle specie che compongono un habitat si ripercuote sull’ intero ecosistema. Questo si verifica soprattutto quando sono coinvolte specie alla base della catena trofica marina.

Le ondate di calore marino sono spesso identificate come la causa principale del declino delle foreste marine a livello globale. In California, il Blob del 2014-2016 ha indotto un calo delle alghe giganti con effetti negativi su alcuni invertebrati e sui pesci che se ne cibavano. Nel mar Mediterraneo le praterie di Poseidonia oceanica sono state notevolmente ridotte dalle ondate di calore verificatesi tra il 2003 e il 2006. Questo evento ha favorito l’espansione di alghe non native portando ad una riduzione della biodiversità.

Le popolazioni di predatori all’apice della catena alimentare (come gli squali tigre) e i consumatori generalisti (come le tartarughe marine) risentono meno delle ondate di calore rispetto agli organismi legati alle praterie. 

Le ondate di calore minacciano gli organismi marini tra cui i pesci mangiatori di coralli come il pesce farfalla.
Figura 2 – Le ondate di calore minacciano gli organismi marini tra cui i pesci mangiatori di coralli come il pesce farfalla. [Fonte: pixabay.com]

Tuttavia, le ondate di calore minacciano anche altri organismi marini. Ormai noto è lo sbiancamento di massa e la mortalità dei coralli che costituiscono la barriera corallina. Infatti, il rapido aumento di temperatura ne causa la mortalità immediata seguita dalla dissoluzione dello scheletro e dalla perdita della struttura tridimensionale. Nella Grande Barriera Corallina equatoriale, si è verificata una diminuzione dei pesci mangiatori di coralli (corallivori) ed erbivori e un aumento di quelli planctivori.

La ricerca sugli impatti delle ondate di calore marino è aumentata notevolmente negli ultimi anni

Le informazioni possono essere raccolte a livello di popolazione, specie, comunità o ecosistema e in genere si estendono su più anni (anche decenni) prima dell’ondata di calore marino esaminata così da conoscerne la variabilità naturale. Tuttavia, le osservazioni sul campo non sono facili da analizzare. Gli ecosistemi marini sono molto variabili e complessi e altri fattori possono influenzarne l’equilibrio: la disponibilità di nutrienti, la luce e la quantità di ossigeno, la torbidità e l’inquinamento dell’acqua ma anche la pressione di pesca e le interazioni tra specie diverse.

Un compromesso tra laboratorio e ricerca sul campo è l’uso dei mesocosmi. Si tratta di sistemi sperimentali con caratteristiche intermedie tra i microcosmi ricreati in laboratorio e la complessità dell’ecosistema marino. Essi permettono di seguire nel tempo e in condizioni realistiche la risposta di un ecosistema ad una modifica ambientale. Inoltre, permettono lo studio delle interazioni trofiche e del flusso di materia all’interno dell’ecosistema. Da non trascurare è la possibilità di compiere delle repliche degli esperimenti condotti.

Ad oggi, l’unica soluzione per mitigare gli impatti futuri delle ondate di calore sembra essere l’introduzione di misure rapide per ridurre le emissioni di gas a effetto serra o aumentare i tassi di cattura e stoccaggio del carbonio.

Bibliografia

  • Smith KE, Burrows MT, Hobday AJ, King NG, Moore PJ, Sen Gupta A, Thomsen MS, Wernberg T, Smale DA. Biological Impacts of Marine Heatwaves. Ann Rev Mar Sci. 2023 Jan 16;15:119-145. doi: 10.1146/annurev-marine-032122-121437. Epub 2022 Aug 17. PMID: 35977411. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35977411/

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Elisabetta Cretella

Elisabetta Cretella Dopo la laurea magistrale in Genetica e Biologia molecolare conseguita presso l'Università degli Studi di Roma La Sapienza e l'abilitazione alla professione di biologo, si appassiona alla divulgazione scientifica. Consegue il Master in Giornalismo e Comunicazione istituzionale della Scienza presso l'Università degli studi di Ferrara e inizia a scrivere per il webmagazine 'Agenda17' del Laboratorio DOS (Design of Science) dell'Università di Ferrara. Intanto intraprende la strada dell'insegnamento. Ad oggi è docente di Matematica e Scienze presso le Scuole Secondarie di primo grado e di Scienze naturali alle Scuole Secondarie di secondo grado. Nel suo curriculum c'è anche un tirocinio svolto in un laboratorio di ricerca dell'Istituto di Biologia e Patologia molecolare del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IBPM-CNR) e due pubblicazioni su riviste scientifiche peer reviewed.

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