Le misurazioni dell'intensità della luce (linee bianche) e dell'abbondanza di zooplancton (linea nera) con la profondità dell'oceano (z, in metri) mostrano che quando le ombre delle nuvole impediscono alla luce solare di raggiungere le profondità dell'oceano, lo zooplancton nuota fino a rimanere in acqua con la sua luminosità preferita . Quando le nuvole si assottigliano o passano, lo zooplancton torna giù. I risultati del modello (linea viola) mostrano che lo zooplancton sta rispondendo a cambiamenti di luminosità solo del 10 o 20%, una differenza impercettibile per l'equipaggio di bordo. Credito: Melissa Omand/URI e Deborah Steinberg/VIMS
Lo zooplancton nuota ripetutamente su e giù a causa di sottili cambiamenti nell'intensità della luce diurna.
Spinti dal sole al tramonto, branchi di zooplancton e piccoli pesci migrano ogni notte dalle profondità dell'oceano alla sua superficie per nutrirsi mentre sfuggono ai predatori con la copertura dell'oscurità. All'alba, nuotano indietro per centinaia di metri nelle acque più fioche e più sicure della "zona crepuscolare" dell'oceano. Un nuovo studio mostra che alcuni zooplancton nuotano ripetutamente su e giù all'interno di questo santuario diurno, rispondendo alle ombre delle nuvole così sottili da sfuggire all'attenzione degli oceanografi di bordo.
L'autore principale dello studio, la dott.ssa Melissa Omand della Graduate School of Oceanography dell'Università del Rhode Island, afferma: "La nostra scoperta pone alcune domande davvero valide sul fatto che ci sia un vantaggio evolutivo o ecologico in questo comportamento diurno". Le "mini-migrazioni" ad alta frequenza recentemente scoperte sembrerebbero anche aumentare significativamente il fabbisogno metabolico dello zooplancton, e allo stesso modo la loro capacità di ridurre l'accumulo di anidride carbonica nell'atmosfera terrestre, gas serra.
Unendosi a Omand nello studio, la storia di copertina di questo mese Atti della National Academy of Sciences, sono i dott. Deborah Steinberg e Karen Stamieszkin del William & Mary's Virginia Institute of Marine Science. La loro scoperta proviene dai dati raccolti nel nord-est dell'Oceano Pacifico durante NASAla campagna sul campo EXPORTS nel 2018. EXPORTS, for EXport Processes in the Ocean di RemoTe Sensing, è un progetto multiistituzionale della durata di 5 anni che coinvolge più di 40 scienziati principali di 17 organizzazioni in 11 paesi.
Il krill Euphausia pacifica è una specie di zooplancton che effettua migrazioni verticali giornaliere nelle acque del Pacifico nord-orientale. Credito: © K. Stamieszkin /VIMS
Steinberg, professore CSX e presidente di Scienze biologiche al VIMS, è uno degli scienziati principali del progetto EXPORTS. Ha condotto studi sul campo sulla migrazione verticale dello zooplancton negli ultimi tre decenni, l'ultimo durante la seconda e ultima campagna sul campo di EXPORTS, una crociera del maggio 2021 nel Nord Atlantico.
Il viaggio quotidiano tra le profondità e la superficie dell'oceano è stato definito la più grande migrazione sulla Terra, sia per il vasto numero di migratori che per la distanza percorsa da queste minuscole creature di andata e ritorno. "Per creature così piccole, molte delle dimensioni di un chicco di riso, una migrazione giornaliera di 900 piedi è come se io e te percorriamo 25 miglia ogni giorno da e per la colazione", afferma Steinberg.
"Sappiamo della migrazione verticale quotidiana, un adattamento per evitare i predatori visivi, da più di cento anni", aggiunge, "ma non avevamo idea che si stesse verificando anche questa migrazione ad alta frequenza. Questo dimostra solo quanto poco sappiamo ancora dell'ecologia e del comportamento degli organismi nelle profondità marine".
Il team ha raccolto i dati utilizzando un radiometro per misurare la luce solare superficiale e un dispositivo simile a un sonar in grado di rilevare lo zooplancton nell'acqua. Il confronto di questi due flussi di dati ha mostrato che quando l'ispessimento della copertura nuvolosa impediva alla luce solare di raggiungere le profondità dell'oceano, lo zooplancton nuoterebbe verso la superficie per rimanere nell'acqua con la loro luminosità preferita. Quando le nuvole si erano diradate, sarebbero tornate giù a nuoto. Secondo un modello prodotto da Omand, lo zooplancton rispondeva a cambiamenti di luminosità solo del 10 o 20%, una differenza impercettibile per gli scienziati di bordo.
"È incredibile quanto siano sensibili alla luce questi minuscoli animali", afferma Steinberg. “È stato nuvoloso per quasi tutta la nostra crociera di 6 settimane, ma abbiamo scoperto che alcuni zooplancton sono in qualche modo in grado di rilevare e rispondere a cambiamenti molto sottili nell'intensità della luce dovuti solo ai cambiamenti nello spessore delle nuvole. È probabile che ambienti con nuvole passeggere e cieli altrimenti sereni inducano mini-migrazioni ancora più pronunciate".
"È una cosa così interessante avere una finestra sulla vita diurna di questi piccoli animali", afferma Omand. "Speriamo che la nostra ricerca faccia luce sui segnali che questi animali stanno usando e sul perché fanno quello che fanno".
Implicazioni per il ciclo del carbonio terrestre
I migratori giornalieri svolgono un ruolo chiave nel ciclo del carbonio terrestre mangiando il fitoplancton che risiede in superficie, quindi trasportando in profondità il carbonio che queste piante microscopiche hanno rimosso dall'acqua attraverso la fotosintesi (questa rimozione consente quindi all'oceano di superficie di assorbire più CO2 dall'aria). Il CO2 rimosso dall'atmosfera ed esportato negli abissi marini come carbonio attraverso questa "pompa biologica" non contribuisce in alcun modo all'attuale riscaldamento globale.
Le mini-migrazioni scoperte di recente hanno un effetto sconosciuto ma forse significativo sul trasporto globale del carbonio tramite la pompa biologica. La distanza media per ogni tappa delle mini-migrazioni è solo di circa 50 piedi, ma sommati durante il giorno, le gite ripetute ammontano a più di 600 piedi, più del 30% della distanza media di migrazione notturna. Steinberg afferma che le implicazioni di questo dispendio energetico extra sono chiare. "La quantità di carbonio di cui lo zooplancton in migrazione ha bisogno per soddisfare le loro richieste energetiche, e quindi la quantità che ingeriscono e possono trasportare in profondità, potrebbe essere superiore a quanto previsto in precedenza".
Quantificare il ruolo delle mini-migrazioni nel bilancio del carbonio della Terra richiederà ulteriori ricerche. Sono necessarie ulteriori informazioni per comprendere appieno perché lo zooplancton esercita energia nuotando su e giù tutto il giorno in risposta a piccoli cambiamenti di luce e se questo comportamento è comune tra specie diverse e negli oceani di tutto il mondo.
Steinberg attribuisce la scoperta del team alla natura interdisciplinare del programma EXPORTS. "Programmi come EXPORTS sono importanti", afferma, "perché consentono a scienziati di discipline molto diverse, nel nostro caso un oceanografo fisico e ecologi dello zooplancton, di combinare e interpretare le loro osservazioni sul campo. Melissa ha portato l'esperienza per rilevare la migrazione ad alta frequenza, mentre Karen e io abbiamo contribuito a inserirla in un contesto ecologico e riconoscerne le implicazioni".
Riferimento: "Le ombre delle nuvole guidano le migrazioni verticali della vita marina in profondità" di Melissa M. Omand, Deborah K. Steinberg e Karen Stamieszkin, 4 agosto 2021, Atti della National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas.2022977118
