HighGrass - High-C_O2 effects on seagrass photosynthetic ecophysiology

Sommario

La concentrazione atmosferica di C_O2 è in forte aumento dall'inizio dell'era industriale. Gli oceani sono responsabili per assorbire circa il 25% della C_O2 di origine antropica emessa nell'atmosfera, ma in questo processo la chimica dell'acqua del mare si sta alterando, con l'aumento del carbonio inorganico disciolto totale (Ci) e la diminuzione del pH. Allo stato attuale, molto poco si sa sugli effetti potenziali che questi cambiamenti possono avere sulla biologia ed ecologia delle piante marine, nonostante il fatto che queste costituiscono  ecosistemi che sono tra i più produttivi dell’ambiente marino, con una grande importanza ecologica ed economica (Costanza et al. 1997). Un grande impatto è probabile che si verifichi a livello di acquisizione di carbonio fotosintetico. Allo stato attuale, grandi incertezze persistono in relazione al funzionamento dei processi fondamentali di raccolta della luce ed all'acquisizione di carbonio in piante marine. Gran parte di queste lacune sono legate al fatto che, sebbene le fanerogame sono angiosperme, alcuni dei meccanismi fisiologici e vie di captazione della luce ed acquisizione di carbonio non sono identiche a quelle che si trovano nelle loro controparti terrestri, né a quelli utilizzati da macroalghe che abitano ambienti acquatici simili. Pertanto, una comprensione globale del funzionamento di questi meccanismi è un pre-requisito per ulteriori ricerche finalizzate a prevedere gli effetti di un ambiente ad alta C_O2 su fisiologia, produttività, distribuzione e funzione degli ecosistemi a fanerogame. Mentre si ritiene comunemente che i tassi fotosintetici delle seagrasses risponderanno positivamente a uno scenario ad alta C_O2 (Hellblom et al. 2001), i pochi studi pubblicati su questo argomento non sono consensuali, mostrando risposte diverse e mancano approfondimenti fisiologici per i risultati osservati. D'altra parte, gli studi condotti nelle emissioni naturali di C_O2 hanno rivelato che le fanerogame sono adattatate a vivere sotto i livelli permanentemente elevati di C_O2 (Hall-Spencer et al. 2008) e sono in grado di sfruttare C_O2 di origine vulcanica (Vizzini et al. 2010). Tuttavia, le informazioni disponibili sugli effetti di un rilascio continuo di C_O2 sulla produttività delle piante sono scarse. Il primo passo nella nostra ricerca sarà quello di risolvere le lacune critiche di conoscenza per quanto riguarda il funzionamento dei processi fisiologici fondamentali di raccolta della luce e l'acquisizione di carbonio a fanerogame marine. Il passo successivo sarà quello di determinare, in condizioni controllate in mesocosmo, gli effetti a breve e lungo termine di esposizione ad elevata C_O2 sul funzionamento di questi due processi. Infine, studieremo come piante che crescono in prossimità di siti naturali ad alta C_O2 si sono adattate a tali condizioni, in condizioni di alta e di scarsa illuminazione. Per far fronte a questa serie di obiettivi, useremo una combinazione innovativa di strumenti ecofisiologici, accoppiato a tecniche di genomica e proteomica in un approccio multilivello, dai geni al livello dell’intero ecosistema.

Ruolo SZN

Istituzione partecipante per la caratterizzazione genetica di piante in situ e nei mesocosmi e per la valutazione dell'espressione genica in situ ed in condizioni controllate.

Partners

University of Algarve, Portugal; Stazione Zoologica Anton Dohrn, Italy; University of Palermo, Italy; University of Calabria, Italy

Durata

2013-2014

P. I.

Gabriele Procaccini
Coordinatore del progetto: Joao Silva (University of Algarve, Portugal)

Istituzione finanziatrice

Ministerio da Ciencia, Tecnologia e Ensino Superior - Portugal

PALEOPARK – Seagrass palaeo-records as a tool for the evaluation, diagnosis and prognosis of the evolution of species, communities, and processes in Spanish insular National Parks

Sommario

Le variazione negli ecosistemi avvengono a più scale spaziali e temporali. La discriminazioni tra i reali cambiamenti di stato, i cicli e le tendenze, è spesso difficile o impossibile senza l'adeguata prospettiva temporale. Per questo motivo, lunghe,  dettagliate ed affidabili serie di dati di importanti variabili funzionali e strutturali degli ecosistemi, sono una priorità centrale per la gestione delle risorse naturali. I programmi di monitoraggio a lungo termine sono in grado di fornire informazioni dettagliate e di alta qualità, ma a causa della loro costosa attuazione sono spesso negati dalle amministrazioni o drasticamente limitati ad alcune variabili. Le moderne tecniche di paleo-ricostruzione sono in grado di fornire una straordinaria ricchezza di informazioni qualitative e quantitative sulle caratteristiche ambientali e biologiche degli ecosistemi lungo lunghi periodi di tempo e con notevole risoluzione temporale. Le alte densità di popolazione umana lungo le coste di tutto il mondo, costituiscono una costante fonte di impatto sugli ambienti costieri. Le paleo-ricostruzioni sono in grado di fornire preziose informazioni sui questi impatti e sulle risposte degli ecosistemi. Eccezionalmente, è stato trovato che le praterie di Posidonia oceanica, endemiche del Mediterraneo possono conservare un record significativo del passato della storia naturale delle nostre coste. All'interno dei suoi depositi sedimentari altamente anossici simili a torba, la prateria memorizza informazioni per gli ultimi ca. 6000 anni con risoluzione variabile da 1 a 10 yr cm-1. Gli unici altri ambienti in cui si possono trovare adeguate paleo-record sono lagune costiere. La condizione protetta di questi sistemi, spesso colonizzati da specie del genere Zostera, consente l'istituzione di registri cronologici sedimentari coerenti a causa dell’ idrodinamismo relativamente basso. E’ stato trovato che il sedimento organico di Posidonia contiene una notevole quantità di carbonio in forma organica. In un pianeta che si surriscalda, la conservazione e la valorizzazione di efficienti depositi di carbonio i è diventata una priorità nell’ottica di compensare l'aumento della C_O2 atmosferica.
Questo progetto si propone 1. di approfittare di questi paleo-record come uno strumento per caratterizzare l'evoluzione, lo stato di salute e la prognosi, di specie, comunità e processi influenzati da forte antropizzazione e da altri importanti fattori di stress ambientali, in Parchi Nazionali (Illas Atlantiche e Cabrera Arcipelaghi Marittimo-Terrestre Parchi Nazionali) insulare spagnoli, e 2. di valutare e apprezzare economicamente gli stock di carbonio ed i flussi associati ai resti sedimentari di P. oceanica. Entrambi gli obiettivi utilizzano lo stesso 'oggetto' di studio e condividono esattamente la stessa metodologia. Gli obiettivi saranno raggiunti con la partecipazione di un consorzio internazionale di una dozzina di gruppi di ricerca che studieranno aspetti geologici, chimici, micropaleontologici, molecolari, genetici, palinologici, e proxy isotopici, insieme alle informazioni archeologiche e storiche. Questi proxy forniranno, fra le altre, informazioni sui livelli di base (pre-antropici) degli ecosistemi, sui ruoli relativi di impatti umani e naturali, sui modelli di evoluzione degli ecosistemi (cicli, eventi estremi, e tendenze), o sulla quantificazione degli effetti di aumento di C_O2 (riscaldamento della superficie del mare e acidificazione).

Ruolo SZN

Istituzione partecipante per l’analisi di DNA fossile e sub-fossile.

Partners

CSIC, Spain; University of Barcelona, Spain; Universidad Autónoma de Barcelona, Spain; University of Santiago de Compostela, Spain; University Politécnica de Cataluña, Spain; Brunel University, UK; SZN, Italy; University of Western Australia, Australia; NIOZ, The Netherlands; Institut Català d’Arqueologia Clàssic, Spain

Durata

2015-2017

P. I.

Gabriele Procaccini
Coordinatore del progetto: Miguel Ángel Mateo Mínguez (CEAB-CSIC, Spain)

Istituzione finanziatrice

Ministerio de Agricultura, Alimentacion y Medio Ambiente - Spain

IRMA: Implementazione e connessione Remota di una piattaforma per il monitoraggio in tempo reale di microorganismi MArini

Finanziato con Decreto MIUR del 26-3-2014
Responsabile Scientifico Raffaella Casotti

Questo progetto propone di utilizzare un prototipo per la colorazione automatica ed in continuo di batteri per il monitoraggio in situ ad alta frequenza (diverse volte al giorno, fino a ogni 30 min). Tale strumento andrà ad integrare gli strumenti già disponibili alla SZN per il monitoraggio di microorganismi fotosintetici, permettendo la definizione a stretta scala temporale e spaziale del comparto microbico. Si studierà la fattibilità di uso su battelli di campionamento, anche senza supervisione tecnica e, a lungo termine, su boe di monitoraggio. I dati prodotti forniranno utili informazioni sulla variabilità temporale a scala molto ridotta della dinamica microbica in diversi siti costieri. Il prodotto finale sarà un dimostratore di stazione di monitoraggio multiparametrica che trasmetta dati ambientali di diversa origine in tempo reale, operata da remoto, contribuendo alla realizzazione un sistema di allerta precoce per il rischio ambientale

Il nostro ruolo nel progetto è di Coordinare le azioni e di testare calibrare e validare il prototipo

Partners: SZN, CytoBuoy bv (Olanda, George Dubelaar), Eawag (Svizzera, Frederick Hammes), CNRS- MIO (Francia, Gérald Grégori, Melilotus Thyssen, Michel Denis), INGV (Italia, Giovanni Iannaccone, Sergio Guardato)

RECCAM - Seagrass Meadows resilience to global warming: an analysis based on responses at  ecophysiological, population and ecosystem levels

Sommario

Il cambiamento climatico dovrebbe causare alterazioni significative nel contesto globale, con effetti chiari e specifici negli oceani. Il Mar Mediterraneo è un ottimo modello per lo studio di tali effetti sugli ecosistemi marini. Praterie di seagrasses, ed in particolare quelli dominati da Posidonia oceanica e Cymodocea nodosa, sono tra gli habitat più minacciati del Mediterraneo. Questo progetto ha lo scopo di contribuire alla comprensione dei principali meccanismi di risposta di questi habitat chiave al riscaldamento globale, probabilmente la componente principale del cambiamento climatico. A tal fine, vengono perseguiti tre approcci, alcuni relativamente inesplorati ma cruciali per ottenere una conoscenza adeguata degli impatti di temperatura in aumento. In primo luogo, studieremo la tolleranza fisiologica delle specie di fanerogame marine mediterranee a stress termico. In secondo luogo, valuteremo l'effetto di riscaldamento sull’erbivorismo. In terzo luogo, analizzeremo le interazioni tra cambiamento climatico e altri fattori di stress, in particolare l'eutrofizzazione ed i disturbi meccanici.

Ruolo SZN

Istituzione partecipante per la caratterizzazione genetica di piante in situ e nei mesocosmi e per la valutazione dell'espressione genica in situ ed in condizioni controllate.

Partners

University of Barcelona, Spain; Spanish Oceanographic Institute (IEO), Spain; Stazione Zoologica Anton Dohrn, Italy; CSIC-CEAB, Spain

Durata

2014-2016

P. I.

Gabriele Procaccini 
Project coordinator: Javier Romero Martinengo (University of Barcelona, Spain)

Istituzione finanziatrice

Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) - Spain

Contributo alla SZN

€ 16.000