La perdita del ghiaccio invernale sta cambiando la rete alimentare dei Grandi Laghi: ecco come la luce sta modellando la vita sott'acqua

Gli inverni sui Grandi Laghi sono rigidi, al punto che gli scienziati che lavorano lì spesso si concentrano sui mesi estivi, quando minuscoli microbi alla base della catena alimentare erano ritenute le più produttive.

Tuttavia, la ricerca emergente sta cambiando la nostra comprensione di questi ecosistemi invernali e facendo luce su un mondo vibrante di attività invernali appena sotto il ghiaccio.

Gli scienziati hanno scoperto all’inizio degli anni 2000 che le comunità di diatomee – minuscole alghe fotosintetizzanti – erano prosperare nella luce sotto il ghiaccio del lago spazzato dal vento.Ma, a quanto pare, questa era solo una parte della storia.

Mentre il ghiaccio invernale dei Grandi Laghi scompare, colpisce minimi storici nell’inverno 2023-24 – nuove analisi mostrano che alcune diatomee sembrano avere un modo diverso di creare energia e sopravvivere nell’acqua buia, torbida e priva di ghiaccio fino all’estate.

Questi i microbi sono cruciali alla salute dei Grandi Laghi.Puliscono l’acqua dagli agenti inquinanti e rappresentano il primo passo nella complessa rete alimentare che sostiene un’attività di pesca che alimenta parte dell’economia regionale.I cambiamenti qui possono avere effetti diffusi sull’ecologia dei laghi e effetti economici diretti sulle comunità circostanti.

Trasudando dal ghiaccio

L'interesse per la vita sotto il ghiaccio è scoppiato nel 2007, quando un team internazionale di scienziati a bordo di una rompighiaccio della Guardia costiera canadese ha notato qualcosa di insolito mentre la nave si faceva strada attraverso il ghiaccio del Lago Erie.

Quando il ghiaccio si ruppe, dal lago fuoriuscì acqua marrone scuro.Era pullulante di diatomee.

In passato erano stati condotti studi sporadici sui microbi invernali, ma i limnologi – scienziati che studiano i laghi – non aveva gli strumenti A comprendere appieno il comportamento dei microbi fino a poco tempo fa.

Negli ultimi cinque anni, il Istituto congiunto del genoma degli Stati UnitiIl Dipartimento dell'Energia ha sostenuto un progetto di biologia molecolare che ha sequenziato l'RNA di tutti i microrganismi campioni raccolti dal lago Erie per affrontare il modo in cui questi organismi sono sopravvissuti ai mesi invernali e potrebbero adattarsi, o meno, ai futuri scenari climatici.Da questo sforzo stanno ora emergendo nuove osservazioni su come le diatomee potrebbero utilizzare la luce.

Utilizzando proteine ​​comuni negli occhi degli animali

Normalmente pensiamo alle diatomee come organismi che utilizzano la luce solare per convertire l'anidride carbonica in materiale vivente mediante la fotosintesi.Sono diffusi in estate attraverso i Grandi Laghi, dove aiutano ad alimentare i laghi. pesca sportiva e commerciale multimiliardaria.

Durante l'inverno, le diatomee possono creare energia dalla luce che filtra attraverso il ghiaccio spazzato dal vento.Tuttavia, quando in inverno il ghiaccio non è presente, le diatomee vengono mescolate nell'acqua del lago che, a volte, può essere meglio descritta come latte al cioccolato.La luce penetra male attraverso quest’acqua torbida e le diatomee ricevono meno lunghezze d’onda specifiche della luce che guidano la fotosintesi.

Abbiamo raccolto campioni nell'inverno 2019-2020 confrontare come le comunità di diatomee in acque aperte differivano da quelle che vivono sotto il ghiaccio.Siamo rimasti sorpresi dal fatto che, quando il ghiaccio non era presente, alcune diatomee utilizzavano una forma diversa di acquisizione di energia, guidata da un pigmento chiamato rodopsina.

Rodopsine sono proteine ​​sensibili alla luce forse meglio conosciute come componenti chiave degli occhi degli animali.Nei sistemi marini, è stato dimostrato nel 2001 che queste proteine ​​sono coinvolte nella generazione di energia nelle cellule batteriche, in particolare nella produzione adenosina trifosfato, o ATP.L’ATP è una sostanza chimica che gli organismi utilizzano come fonte di energia per molti processi cellulari, da qui il suo soprannome di “valuta molecolare” delle cellule viventi.

Ora sembra che alcune diatomee del Lago Erie utilizzare questo meccanismo di generazione di energia per aumentare la fotosintesi limitata alla luce nei mesi invernali senza ghiaccio.

Le differenze tra i due processi possono essere importanti:La fotosintesi aiuta le cellule a fissare il carbonio per produrre nuova biomassa e energia cellulare sotto forma di ATP.Con le rodopsine, mentre viene prodotto ATP, non avviene alcuna fissazione diretta del carbonio.

Ciò significa che le cellule possono probabilmente persistere ma non crescere in queste acque torbide.Ma in biologia, la sopravvivenza è tutto:Se i concorrenti di un organismo non sopravvivono a condizioni difficili ma l’organismo sì, ci saranno più nutrienti quando le condizioni miglioreranno.A tal fine, le rodopsine presenti in queste diatomee sembrano essere tanto un meccanismo di sopravvivenza quanto un’opportunità per persistere in condizioni invernali torbide e prive di ghiaccio.

Osservare l'evoluzione della vita lacustre man mano che il clima cambia

Mentre ci spostiamo in a clima più caldo ed era senza ghiacci per il Lago Erie e altri laghi temperati settentrionali, questi dati suggeriscono che, nel tempo, le diatomee che prosperavano nei laghi coperti di ghiaccio potrebbero essere sostituite da diatomee contenenti rodopsine nei mesi invernali.

Le conseguenze di questo cambiamento sono potenzialmente molteplici:Piccoli cambiamenti alla base della rete alimentare possono influenzare la pesca.Inoltre, è noto che alcune diatomee producono composti che lo sono tossico per la fauna selvatica e l’uomo.

Al momento abbiamo solo supposizioni su come i cambiamenti nelle specie algali modificheranno la pesca, il turismo e la gestione delle risorse costiere nel lungo periodo.Il modo in cui le comunità algali cambiano nel tempo è una risposta a molti fattori e la luce è solo uno.Ma avere la possibilità di osservare questo cambiamento dall’inizio crea un’opportunità unica per comprendere l’effetto di un clima caldo sui Grandi Laghi e su laghi simili in tutto il mondo.