Durante la metà del Cretaceo (145-66 milioni di anni fa), tre linee evolutive di monocotiledoni, appartenenti alle Alismatales, hanno fatto ritorno al mare.
Le fanerogame marine ricoprono ora in tutto il mondo (tranne che in Antartide) circa 200.000 km2 di costa sedimentaria poco profonda.
I loro servizi ecosistemici includono l’immagazzinamento di nutrienti, il controllo dell'erosione, il ruolo di nursery per forme giovanili di pesci e per invertebrati, ed il sequestro del carbonio. Queste caratteristiche fanno sì che essi siano fra gli ecosistemi con maggiore valore sulla Terra, superando ad esempio, il valore economico delle foreste pluviali tropicali. Rappresentando un importante sink di carbonio di origine antropica, esse arrivano a fissare fino al 15% del carbonio fissato globalmente negli oceani. Circa il 10% del carbonio presente nel mare profondo è derivato, inoltre, dal detrito fogliare delle piante marine.
L'impronta della loro evoluzione è registrata nel genoma (DNA) e le soluzioni adottate per adattarsi alle unicità dell’ambiente marino sono controllate mediante l’espressione dei geni ed implementate dalle proteine e da altre molecole specializzate. Attraverso approcci di Ecologica Evolutiva e Genomica Funzionale (EEFG) il gruppo Procaccini sta studiando la risposta adattativa delle fanerogame marine alla variazione di fattori ambientali chiave - come la temperatura, la luce e la CO2 (l'acidificazione degli oceani) - sia in condizioni naturali che in condizioni di laboratorio, utilizzando un sistema di mesocosmi che permette condizioni sperimentali controllate che simulano i cambiamenti indotti dall'uomo, inclusi i cambiamenti climatici. Gli studi sono condotti attraverso l'integrazione di trascrittomica (RT-qPCR, RNA-Seq) e di approcci fisiologici per l'identificazione dei meccanismi e dei processi sottostanti la risposta adattativa.
La luce a mare subisce variazioni di spettro e riduzioni di intensità in base alla profondità e/o alla limpidezza dell'acqua. Nell’ambito di un recente studio su Posidonia oceanica, specie iconica nel bacino mediterraneo, è stata seguita la variazione, lungo il corso di una giornata, nella espressione di una serie di geni bersaglio legati ai processi fotosintetici ed al metabolismo del carbonio. Utilizzando tecniche di sequenziamento di massa dell’RNA (Illumina RNA-Seq) è stato ottenuto il primo trascrittoma completo della specie ed i processi di ossidazione-riduzione e metabolismo dei carboidrati sono state identificati quali principali vie metaboliche profondità-dipendenti. In un esperimento di trapianti reciproci, utilizzando piante raccolte da diverse profondità (5 metri a 25 metri) e cresciute in mesocosmi sotto diversi regimi di luce, è stata valutata l'espressione genica differenziale di una serie di geni target. È stato evidenziato che le piante hanno un basso potenziale adattativo e che le piante profonde soffrono per le condizioni di luce elevate, con importanti implicazioni nella selezione di materiale per le strategie di riforestazione.
Il gruppo Procaccini sta lavorando alla valutazione della risposta delle fanerogame marine a bruschi cambiamenti di temperatura dell'acqua, simulando ondate di caldo in condizioni controllate.
Gli ecosistemi costieri, infatti, stanno soffrendo per l'aumento della frequenza e dell'intensità delle ondate di calore estive, causate dai cambiamenti climatici globali.
Si è constatato che la risposta adattativa delle singole popolazioni (es. espressione di geni bersaglio) dipende dal regime termico sperimentato in condizioni naturali.
Per la prima volta è stato osservato che un incremento della temperatura di 4°C al di sopra della temperatura media estiva induce una fioritura massiva.
La valutazione della variazione nella risposta da parte di popolazioni diverse (lungo gradienti di latitudine e profondità), permetterà la formulazione di piani di gestione mirati per questa importante risorsa.
