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Sbiancamento dei coralli: cause e conseguenze

Le barriere coralline (o coral reefs in inglese) sono famose per essere tra gli ecosistemi marini più ricchi di specie e più complessi, al pari delle foreste pluviali tropicali sulla terraferma. Questa estrema biodiversità è dovuta per lo più alla posizione geografica delle barriere coralline, le quali, estendendosi in tutta la zona equatoriale fino a parte delle zone temperate, ricevono una enorme quantità di luce solare (e quindi di energia) nell’arco di tutto l’anno. Questa grande mole di energia a disposizione permette alle colonie di coralli di svilupparsi in complesse e voluminose strutture tridimensionali e di creare quindi una vasta diversità di microhabitat in grado di ospitare una altrettanto vasta diversità di specie.

Tra le caratteristiche che più spesso vengono associate a questi meravigliosi ambienti marini, accanto alla varietà di forme e colori e alle miriadi di animali che le popolano, c’è però anche il loro elevato livello di degrado dovuto direttamente o indirettamente alle attività antropiche: lo sbiancamento dei coralli è in particolare una delle notizie che ha suscitato più scalpore tra i media e nella popolazione in generale, soprattutto in seguito al massiccio evento registrato nel 2016 nella Grande Barriera Corallina australiana, tanto cara al pesciolino Nemo.

Ma cosa sono biologicamente i coralli? Come fanno ad utilizzare l’energia solare per crescere in maniera del tutto simile alle piante? E quali effetti può avere il loro sbiancamento sugli ecosistemi di barriera?

Una simbiosi inaspettata

I coralli, o sclerattinie o madrepore, sono degli organismi animali caratterizzati da un corpo a simmetria raggiata propriamente detta; tale caratteristica è condivisa con i loro parenti più stretti, come meduse e anemoni di mare, con i quali formano il grande gruppo (o phylum) degli Cnidaria. I singoli individui vengono chiamati polipi e, a seconda delle specie, possono essere solitari o vivere in grandi colonie (fig. 1); all’interno di ogni colonia, in particolare, i polipi sono tutti geneticamente uguali tra di loro, in quanto si generano a partire da singoli individui che creano copie identiche di loro stessi. I coralli sono poi in grado di creare delle strutture rocciose di carbonato di calcio sotto al loro corpo con funzione di sostegno e di protezione; nei mari tropicali, grazie al contributo di numerose colonie di coralli, queste particolari formazioni vanno a creare delle vere e proprie barriere sommerse.

I coralli, e in generale gli cnidari, non sono gli unici animali in grado di formare colonie per riproduzione asessuata: spugne, briozoi e alcuni tunicati hanno infatti la stessa capacità.
 Sclerattinie coloniali e solitarie. Il genere Cladocora
Fig. 1 – Sclerattinie coloniali e solitarie. Il genere Cladocora (a) è tipicamente coloniale e le colonie assumono una forma generalmente sferoidale; il genere Fungia (b) presenta invece individui generalmente solitari che possono tuttavia andare incontro a riproduzione asessuale in determinate condizioni. (rispettivamente di Waielbi e Elapied)

In quanto animali, i coralli devono assumere il nutrimento direttamente dall’ambiente (nutrizione eterotrofa), cibandosi in particolare dei microrganismi (zooplancton) in sospensione nella colonna d’acqua. Le calde acque equatoriali e tropicali sono tuttavia note per essere davvero povere di questi microrganismi: sembrerebbe allora un paradosso osservare le barriere coralline più maestose proprio a queste latitudini, dove i coralli non riescono ad ottenere autonomamente il nutrimento necessario per sopravvivere. In questi mari, i coralli hanno però un segreto nascosto, frutto di milioni di anni di evoluzione: ospitano all’interno delle loro cellule degli organismi unicellulari con i quali hanno sviluppato uno stretto rapporto che avvantaggia tanto i coralli quanto questi insoliti ospiti (simbiosi mutualistica).

La simbiosi dei coralli coinvolge in particolare il protista del genere Symbiodinium (phylum Dinoflagellata), un microrganismo che, attraverso la fotosintesi (la stessa che tutti conosciamo nelle piante), è in grado di produrre da sé le sostanze nutritive a partire dall’energia ricavata dalla luce solare (nutrizione autotrofa). L’arcano è così svelato: i coralli sono in grado di sopravvivere nelle acque tropicali in quanto approfittano delle sostanze nutritive prodotte fotosinteticamente da Symbiodinium[3]; il protista, dal canto suo, trova rifugio all’interno delle cellule dei polipi e utilizza i prodotti di scarto del metabolismo animale (ad esempio azoto, fosforo e zolfo) per alimentare la reazione fotosintetica[3].

La quantità dei nutrienti e di energia che i coralli possono ricavare da questo rapporto è molto elevata, in quanto è elevata la quantità di luce che Symbiodinium è in grado di utilizzare: le colonie coralline possono allora svilupparsi in meravigliose strutture di dimensioni e complessità notevoli.

symbiodinium
Fig. 2 – Cellule di Symbiodinium al microscopio ottico. La colorazione marrone è data dai pigmenti fotosintetici presenti nelle cellule.

La perdita di pigmentazione dei coralli

Con sbiancamento dei coralli (coral bleaching in inglese) si intende letteralmente la perdita di pigmentazione dei coralli, siano essi polipi solitari o coloniali. L’interesse della comunità scientifica verso tale fenomeno iniziò nel 1984, quando Glynn osservò per la prima volta un massiccio evento di sbiancamento tra i coralli dell’Oceano Pacifico[2], a cui fecero seguito negli anni ulteriori eventi di sbiancamento anche nell’Oceano Indiano e nel Mar dei Caraibi, coinvolgendo di fatto le barriere coralline di tutto il mondo.

L’attenzione mediatica e dell’opinione pubblica si è tuttavia affacciata al problema solo dal 2005, in occasione del più grande evento di sbiancamento del Mar dei Caraibi orientale; ancor più noto, sebbene di portata inferiore, è lo sbiancamento della Grande Barriera australiana del 2016. Le zone caraibiche e australiane sono di fatto quelle maggiormente colpite dallo sbiancamento, con circa 20 000km2 di superficie interessata nel periodo 1985-2010; seguono le barriere del sud est asiatico e dell’Oceano Indiano occidentale, rispettivamente con 8 000 e 6 000km2 di superficie soggetta a sbiancamento[4, 5]. Va notato che le stime si fermano a 10 anni fa!

Mappa degli eventi di sbiancamento registrati dal 1984 al 2011
Fig. 3 – Mappa degli eventi di sbiancamento registrati dal 1984 al 2011. I diversi colori indicano eventi di intensità alta (rosso), media (giallo) e bassa (blu), o barriere non interessate da sbiancamento (verde); sono incluse anche le barriere per cui non si hanno dati (grigio). (dati da ReefBase)

In cosa consiste?

Lo sbiancamento dei coralli consiste nella perdita della simbiosi con le cellule di Symbiodinium (chiamate anche zooxantelle), le quali vengono espulse dai tessuti animali. Nonostante i numerosi studi in merito, il processo non è ancora stato caratterizzato né fisiologicamente né dal punto di vista molecolare[3]: non è dunque chiaro se sia il polipo ad espellere il protista dalle sue cellule o il protista a lasciare attivamente le cellule dell’animale. In ogni caso, sembra che lo sbiancamento possa essere in una qualche misura correlato ad un danneggiamento dell’apparato fotosintetico di Symbiodinium (al livello forse del fotosistema II), all’accumulo di molecole ossidanti (ad esempio di specie reattive dell’ossigeno) e a processi di induzione della morte cellulare (apoptosi)[3].

A prescindere dal meccanismo, la rottura della simbiosi si manifesta comunque con la perdita di pigmentazione dei polipi (da cui appunto sbiancamento). Il colore dei coralli è infatti dovuto nella maggior parte dei casi proprio ai pigmenti fotosintetici presenti nelle cellule di Symbiodinium, in quanto i tessuti dell’animale presentano una colorazione molto più tenue, quasi trasparente.

anemonia
Fig. 4 – Lo sbiancamento in un’anemone di mare (Anemonia viridis; Anthozoa, Actiniaria). (di Eric Röttinger/Kahi Kai Images)

Cause

Sebbene sia noto che numerose perturbazioni ambientali possano causare l’espulsione dei protisti dalle cellule dei polipi, ad oggi si ritiene che la principale causa degli eventi massivi di sbiancamento sia il cambiamento climatico: temperature dell’acqua per lunghi periodi superiori di 1-2°C rispetto alla media di una determinata area sono in particolare considerate la principale causa della rottura della simbiosi tra polipo e Symbiodinium[4, 5]. Lo sbiancamento si verifica in altri termini quando le elevate temperature e/o l’elevato irraggiamento solare interessano una popolazione di coralli per lunghi periodi di tempo: considerando le proiezioni climatiche per i prossimi anni, è allora lecito ritenere che gli eventi di sbiancamento di massa dei coralli saranno sempre più frequenti nella maggior parte delle barriere coralline del globo[4, 5].

Lo sbiancamento è stato anche interpretato come possibile fonte di variabilità che permetterebbe ai coralli di fronteggiare il cambiamento climatico e di adattarsi ad esso. Certe specie di Symbiodinium sono infatti più resistenti alle variazioni di temperatura rispetto ad altre e, se fossero acquisite da un corallo sbiancato, potrebbero garantire un maggiore livello di tolleranza alle anomalie climatiche; il corallo in questione acquisirebbe quindi un vantaggio evolutivo, riuscendo ad adattarsi e a sopravvivere alle elevate temperature.

Questa proposta è tuttavia supportata da un numero decisamente scarso di dati e sembra addirittura biologicamente inverosimile[3]: innanzitutto la specificità della simbiosi tra corallo e Symbiodinium è talvolta molto stretta (una specie di corallo è in grado di ospitare una sola specie di Symbiodinium o, viceversa, una specie di Symbiodinium è simbionte solo di una determinata specie di corallo); in secondo luogo non è nemmeno certo che i tempi rapidi con cui il cambiamento climatico evolve possano consentire un altrettanto rapida modificazione della simbiosi.

Conseguenze

L’effetto principale e più immediato dello sbiancamento è sicuramente uno stress trofico non indifferente per il corallo: un polipo sbiancato non può più infatti contare sul nutrimento prodotto dalle zooxantelle e deve pertanto necessariamente ricorrere alla predazione del plancton in sospensione; considerando però che le calde acque tropicali sono carenti dal punto di vista nutritivo, è evidente che il corallo risentirà negativamente dello sbiancamento, fino addirittura a morire se la condizione permane per lungo tempo. Il corallo sbiancato andrà quindi incontro ad una compromissione della crescita, sia al livello tissutale che nella deposizione di carbonato di calcio[1]; rispetto alla condizione simbionte, i tessuti mostrano tra l’altro uno spessore ridotto e una diminuita concentrazione di grassi, proteine e carboidrati[1].

Tra gli effetti precoci dello sbiancamento si registra anche un aumento dell’incidenza delle patologie a carico dei polipi[1, 3], parallelamente ad una diminuzione generale della loro salute; questo fenomeno sembra essere anche correlato con un aumento della virulenza e della resistenza agli antibiotici da parte di batteri patogeni.

La mortalità delle colonie in seguito a sbiancamento risulta largamente variabile a seconda delle zone e delle specie di corallo interessate; le colonie più grandi sembrano ad esempio più soggette a sbiancamenti parziali e quindi ad un decadimento localizzato, mentre colonie di dimensioni ridotte possono addirittura decadere completamente (morte del 100% dei polipi)[1].

Oltre ad interessare direttamente i processi biologici dei polipi, lo sbiancamento dei coralli si ripercuote anche sulle altre componenti degli ecosistemi di barriera. Durante le primissime fasi successive allo sbiancamento si è ad esempio registrato un aumento della mortalità della cosiddetta epifauna corallina, ossia dell’insieme delle specie animali che vivono direttamente a contatto con le colonie di coralli; questo fenomeno sembra interessare maggiormente alcuni crostacei (soprattutto granchi, ma anche copepodi e cirripedi), i quali si nutrono del materiale organico e dei microorganismi presenti sulla superficie dei polipi.

Lo stesso aumento di mortalità, ma in momenti più tardivi, è stato poi registrato anche in quei pesci che si nutrono di coralli (pesci corallivori), come quelli appartenenti alle famiglie Gobiidae (ad esempio i ghiozzi), Pomacentridae (ad esempio le castagnole) e Chaetodontidae (ad esempio pesci angelo e pesci farfalla). D’altro canto, la morte dei polipi sembra favorire il proliferare di gasteropodi predatori (ad esempio del genere Drupella), i quali si aggregano attorno alle colonie danneggiate nutrendosi dei tessuti e dei detriti cellulari emessi[1].

Possibili soluzioni

Lo sbiancamento dei coralli rappresenta probabilmente la più grande minaccia alla biodiversità delle barriere coralline e, per estensione, anche a tutte le attività antropiche ad esse collegate (come turismo, pesca e attività culturali). Nonostante la rilevanza ecologica e sociale del fenomeno e i numerosi studi dedicati, ad oggi non si conoscono ancora i meccanismi biologici che lo determinano. Le possibilità di sviluppare metodi di prevenzione efficaci e applicabili su larga scala sono pertanto scarse, sebbene esistano già dei tentativi di mitigare gli effetti del cambiamento climatico e dello sbiancamento, come il coral shading (le colonie vengono ombreggiate artificialmente con dei teli galleggianti), la nutrizione artificiale dei polipi[1] o le coral nurseries  (ossia allevamenti di coralli). L’unica possibilità veramente efficacie di salvare gli ecosistemi di barriera è senz’altro quella di contenere (o addirittura ridurre) il futuro innalzamento delle temperature medie, scenario verosimile solo se l’intera umanità tornasse a vivere nelle caverne.

Referenze

  1. Baker, A. C., Glynn, P. W., Riegl, B. (2008). “Climate change and coral reef bleaching: An ecological assessment of long-term impacts, recovery trends and future outlook”. Estuarine, Coastal and Shelf Science 80: 435-471.
  2. Brown, B. E. (1997). “Coral bleaching: causes and consequences.” Coral reefs 16(1): S129-S138.
  3. Casado-Amezúa, P., et al. (2016). “General ecological aspects of Anthozoan-Symbiodinium interactions in the Mediterranean Sea.” In: Goffredo, S., Dubinsky, Z. (eds.) The Cnidaria, Past, Present and Future. Springer, Cham. 375-386.
  4. Donner, S. D., Alexander, T., and Gregory, J. M. R. (2018). “An updated high-resolution global mass coral bleaching database.” PLoS ONE 12(4): e0175490.
  5. Donner, S. D., Rickbeil, G. J. M., Heron, S. F. (2017). “A new, high-resolution global mass coral bleaching database”. PLoS ONE 12(4): e0175490.
  6. Fournier, A. (2013). “The story of symbiosis with zooxanthellae, or how they enable their host to thrive in a nutrient poor environment.” Biosci. Master Rev: 1-8.
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