Il fitoplancton è composto da organismi unicellulari microscopici, invisibili ad occhio nudo che a mare svolgono la stessa funzione che le piante hanno sulla terra. Grazie alla loro capacità di compiere la fotosintesi essi costituiscono la base della catena alimentare degli oceani: sono i pascoli e le foreste del mare. Fra la moltitudine di microalghe unicellulari, le diatomee hanno un ruolo chiave. Dovunque ci sia acqua, ci sono le diatomee: ovviamente negli oceani, laghi e fiumi, ma anche nel suolo e sulla superfice degli edifici.
Un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Nature, ha identificato le variazioni genetiche che hanno permesso alle diatomee dell'Oceano Antartico di adattarsi a climi estremi e molto variabili. Questo studio rappresenta un passo importante verso la comprensione di come gli organismi polari siano influenzati dai cambiamenti climatici.
Il team, guidato dal prof. Thomas Mock della University of East Anglia di Norwich, nel Regno Unito, ha studiato come si è evoluto il genoma della diatomea polare Fragilariopsis cylindrus, che si è adattata a prosperare nell'Oceano Antartico. Per l'Italia la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli ha contribuito allo studio con il lavoro dei ricercatori Remo Sanges e Mariella Ferrante.
Fino ad ora non avevamo idea dei meccanismi che hanno permesso al fitoplancton di adattarsi alle condizioni marine polari caratterizzate da forte stagionalità, temperature sotto lo zero e periodi di oscurità prolungati. Il genoma di Fragilariopsis cylindrus rappresenta il primo genoma completo di un eucariote polare, un organismo superiore la cui cellula è notevolmente complessa. Fragilariopsis cylindrus è una specie chiave soprattutto nell'Oceano Antartico poiché è capace di prosperare nel ghiaccio marino ed è alla base di una delle catene alimentari più singolari sulla Terra, andando a costituire un alimento per krill, pinguini, foche e balene. La maggior parte del fitoplancton nell'Oceano Antartico viene inclusa nel ghiaccio che si forma ogni inverno per poi venire liberata in estate quando gran parte del ghiaccio marino si scioglie.
Specie come Fragilariopsis cylindrus hanno quindi evoluto adattamenti per far fronte a questi cambiamenti ambientali drastici ed essere capaci di vivere sia nell'acqua che nel ghiaccio. I ricercatori hanno scoperto che lo fanno variando i loro alleli, caratteristica mai osservata prima in un organismo marino. Gli alleli sono forme diverse di uno stesso gene, che si trovano nella stessa posizione, o locus genetico, su un dato cromosoma. Fragilariopsis cylindrus è un organismo diploide perché ha due alleli per ogni locus genetico, come avviene anche per l’uomo. Lo studio ha rilevato che quasi un quarto del genoma di questa diatomea contiene varianti alleliche sorprendentemente molto diverse tra loro. Questi alleli sono espressi in modo differente in relazione alle diverse condizioni ambientali in cui l'organismo si trova. Con molta probabilità, sono state le condizioni estreme a causare una differenziazione allelica così elevata ed a contribuire al suo mantenimento. La dimensione effettiva della popolazione di questa diatomea polare è molto grande, di conseguenza è come se, nella intera popolazione, ci fosse un allele per ogni occasione, il che rende questa specie geneticamente pronta a rispondere alle mutevoli condizioni ambientali.
Lo studio migliora di molto la nostra comprensione sia di come gli organismi polari si siano evoluti per far fronte a condizioni ambientali estreme ed estremamente variabili, sia delle possibilità di adattamento degli organismi ai cambiamenti ambientali indotti dalle attività umane. Il lavoro ha valore anche per l'industria biotecnologica, che ha grande interesse nei confronti di organismi estremofili - organismi che prosperano in condizioni estreme - poiché rappresentano una preziosa fonte di nuovi enzimi potenzialmente importanti nei processi produttivi.
Il contributo dei ricercatori della Stazione Zoologica è stato fondamentale per l’analisi e per l’interpretazione dei dati, ma soprattutto perché ha permesso la comparazione degli alleli di Fragilariopsis cylindrus con quelli di Pseudo-nitzschia multistriata, una diatomea che vive in climi temperati e che prospera nel Golfo di Napoli, e sulla quale la SZN lavora da diversi anni. La comparazione tra gli alleli di queste due specie ha avvalorato la scoperta descritta nel lavoro: la specie polare, sebbene sia una parente abbastanza stretta della specie mediterranea, differisce per numero di alleli e per i meccanismi con cui li utilizza.
