Effetti del cambiamento climatico e dell'acidificazione dell'oceano sul fitoplancton marino

La tesi si propone di illustrare i principali effetti del cambiamento climatico e dell'acidificazione dell'oceano sul fitoplancton marino, in particolare gli effetti sull'abbondanza, sull'efficienza della fissazione dell'azoto e sulla tossicità e accumulo di composti tossici lungo la catena trofica. Il fitoplancton influenza fortemente i processi climatici e i cicli biogeochimici (in particolare il ciclo del carbonio); allo scopo di capire i cambiamenti macro-ecologici dell'oceano, è necessario avere delle stime a lungo termine dell'abbondanza di fitoplancton. La biomassa di fitoplancton è un dato ricavabile dalle misurazioni delle concentrazioni di clorofilla totale (Chl); nel corso degli anni l'andamento della biomassa ha subito un declino. La temperatura superficiale del mare (SST) rappresenta il parametro che maggiormente ha influito sul declino della concentrazione di clorofilla e quindi della biomassa di fitoplancton. Le condizioni di riscaldamento globale influenzano anche gli indici fenologici (tempistiche di inizio, durata e termine delle fioriture). Con l'aumento delle temperature, l'inizio della fioritura (bloom) avviene con ritardo e sia la durata che il termine mostrano rispettivamente un accorciamento e un anticipo. L'acidificazione dell'oceano ha importanti ripercussioni sulla fissazione dell'azoto operata dagli cianobatteri diazotrofi riducendo l'efficienza della nitrogenasi (enzima ricco di ferro che catalizza la fissazione). I cianobatteri normalmente collocano parte del ferro intracellulare sulla nitrogenasi, il Fe restante è utilizzato nei fotosistemi e in altri processi cellulari. È stato dimostrato che questi cianobatteri sono in grado di ridistribuire il Fe intracellulare tra i diversi processi in risposta alla limitazione del ferro. I tassi di fissazione diminuiscono ulteriormente sotto condizioni di acidificazione e limitazione di ferro. L'acidificazione sotto limitazione di Fe richiede una ridistribuzione del Fe tra le proteine per compensare la perdita dell'efficienza dell'azoto-fissazione che influisce sul trasporto degli elettroni, sulla produzione di energia e sull'omeostasi del pH intracellulare. L'aumento delle concentrazioni di CO2 nell'oceano provoca inoltre un incremento di alcuni pathway metabolici (β-ossidazione e ciclo di Krebs) portando così all'aumento di produzione di composti fenolici tossici. È stato in seguito dimostrato che i composti tossici contenuti nel fitoplancton possono passare ed accumularsi a livelli più alti della catena trofica. Questo porterà a significative conseguenze per la catena alimentare e il ciclo del carbonio.