HEATGRASS - Tolerance to HEAT stress induced by climate change in the seaGRASS Posidonia oceanica

Sommario

Il cambiamento climatico è in aumento nella frequenza e intensità di eventi estremi di calore durante l’estate. Ondate di calore stanno aumentando la stratificazione termica delle acque del Mar Mediterraneo, con conseguenze drammatiche per gli ecosistemi costieri. Come conseguenza di queste onde di calore, è stato recentemente previsto che le praterie di Posidonia oceanica potrebbe essere funzionalmente estinte entro la metà di questo secolo. Tuttavia, non esistono testimonianze di questo rapporto di causa-effetto e quasi nulla si sa circa la capacità di tolleranza di questa fanerogama al riscaldamento. Vi è, quindi, l'urgente necessità di determinare la resilienza e la capacità di acclimatazione della specie per la conservazione di questi preziosi ecosistemi, e per le funzioni ed i servizi che questi forniscono. L'obiettivo generale di questa ricerca è di scoprire come gli eventi sporadici di calore estremo incideranno sulle praterie di P. oceanica, e di prevedere come queste risponderanno sotto gli effetti del cambiamento climatico, lungo le coste del Mediterraneo europeo. A tal fine, il presente progetto si baserà su sperimentazione in mesocosmo e combinerà trascrittomica con approcci ecofisiologici per un'analisi comparata delle piante da regimi termici contrastanti. I principali obiettivi specifici sono: i) determinare e analizzare con un approccio integrato le risposte di stress ed i meccanismi di tolleranza di P. oceanica ed il recupero da un'ondata di calore simulata, ii) identificare i geni specifici associati con la tolleranza e la capacità di recupero della specie a stress da calore, iii) confrontare se genotipi da profondità termicamente contrastanti di una stessa popolazione differiscono nella loro tolleranza e resistenza al riscaldamento, e iv) confrontare se le popolazioni da località termicamente contrastanti differiscono nella loro tolleranza e resistenza al riscaldamento. I risultati rappresenteranno un contributo nuovo e sostanziale alla capacità della specie di adattarsi al riscaldamento globale, particolarmente utile per adottare decisioni nelle politiche di gestione e conservazione.

Ruolo SZN

Coordinatore del progetto ed istituto ospitante

Durata

7/2015-6/2016

P. I.

Gabriele Procaccini

Istituzione finanziatrice

EU, FP7-PEOPLE-2013-IEF

Contributo alla SZN

€ 249,242.80

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)

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