A prima vista, l’Antartide sembra inospitale: un continente è ricoperto da una calotta di ghiaccio spessa centinaia di metri, percorsa da tempeste ululanti e con temperature estremamente fredde. Un territorio estremo dove lungo le coste, e solo in alcuni periodi dell’anno riescono a sopravvivere elefanti marini e uccelli marini. Eppure, l’Oceano Antartico pullula di biodiversità: distese di alghe e cianobatteri del ghiaccio marino, sciami di krill e crostacei, giganteschi ragni marini e spugne polari, balene, orche, foche e otarie e una ricca fauna ittica antartica con pesci svolgono un ruolo vitale nella rete alimentare dell’Oceano Antartico delle 9.000 specie marine conosciute, ma il loro paradiso sotto lo zero potrebbe essere a rischio. Lo studio “Southern Ocean in-situ temperature trends over 25 years emerge from interannual variability”, pubblicato a gennaio su Nature Communications da un team di ricercatori francesi e australiani ha ipotizzato che entro il 2050 alcune aree della piattaforma continentale antartica saranno più calde di almeno 1 grado Celsius.
Il nuovo studio “Antarctic teleosts with and without hemoglobin behaviorally mitigate deleterious effects of acute environmental warming”, pubblicato su PLOS ONE, dal team di ricercatori del Fralin Biomedical Research Institute del Virginia Tech guidato da Michael Friedlander, descrive come i pesci antartici con e senza emoglobina reagiscono allo stress termico acuto. I ricercatori statuinitensi dicono che «I risultati caratterizzano le risposte comportamentali specie-specifiche che possono aiutare queste specie endemiche a resistere agli impatti dei cambiamenti climatici».
Secondo il team di ricerca di Friedlander, «entrambe le specie hanno risposto al riscaldamento progressivo con una serie elaborata di manovre comportamentali, tra cui sventolare e allargare le pinne, respirare in superficie, un comportamento simile a quello di un sussulto e periodi transitori di movimento alternato e riposo».
Friedlander, decano senior per la ricerca alla Virginia Tech Carilion School of Medicine (VTCSOM) e professore al Dipartimento di Scienze biologiche del College of Science, spiega che «Sorprendentemente, il nostro team ha scoperto che i pesci antartici compensano l’aumento delle richieste metaboliche migliorando la respirazione attraverso risposte locomotorie e respiratorie specie specifiche, dimostrando resilienza ai cambiamenti ambientali e possibilmente al riscaldamento globale. Il riscaldamento ambientale rappresenta una sfida multiforme per i pesci, compreso l’aumento della temperatura del sistema nervoso centrale e dei tessuti target come i muscoli scheletrici e cardiaci, ma anche la ridotta disponibilità di ossigeno disciolto nell’acqua che passa attraverso le branchie durante la respirazione. Mentre questi risultati suggeriscono che i pesci antartici possono essere in grado di adattarsi comportamentalmente in qualche modo in condizioni estreme, si sa poco degli effetti del riscaldamento ambientale sulle loro abitudini di predazione, disponibilità di cibo e fecondità».
Il principale autore dello studio, Iskander Ismailov, aggiunge che «Le manifestazioni comportamentali che abbiamo descritto mostrano che questi pesci hanno forti capacità fisiologiche per sopravvivere ai cambiamenti ambientali».
In milioni di anni di isolamento dal resto del mondo – imprigionate e protette dalla corrente circumpolare antartica – le specie ittiche dell’Oceano Meridionale si sono ben adattate al loro gelido ecosistema. Il pesce ghiaccio dalla pinna nera (Chaenocephalus aceratus), una delle due specie studiate dal team, ha un sangue opalescente unico. Alla Virginia Tech spiegano che «Questi pesci sono tra i pochi vertebrati conosciuti privi di emoglobina, una molecola nei globuli rossi che trasporta in modo efficiente l’ossigeno dai polmoni dei vertebrati terrestri o dalle branchie dei vertebrati acquatici, attraverso i tessuti del corpo. Invece, il pesce ghiaccio dalla pinna nera trasporta l’ossigeno disciolto nel plasma sanguigno, ospitando circa il 10% della capacità di trasporto di ossigeno dell’emoglobina. L’ossigeno è più solubile in acqua fredda, consentendo ai pesci ghiaccio a sangue bianco di prosperare nell’Oceano Antartico. Con l’aumento della temperatura dell’acqua, tuttavia, queste specie subiscono un aumento della domanda metabolica, rendendo potenzialmente i pesci a sangue bianco più vulnerabili al riscaldamento globale».
Per testare questa ipotesi, il team ha esaminato 5 esemplari di pesce ghiaccio dalla pinna nera a sangue bianco e 5 merluzzi neri (Notothenia coriiceps) a sangue rosso in un laboratorio costiero a clima controllato dove veniva fatta circolare e riscaldare progressivamente l’acqua salata prelevata direttamente dall’Oceano Antartico. I pesci si sono acclimatati alle condizioni di laboratorio, prima di essere trasferiti nella vasca sperimentale, dove la temperatura dell’acqua è passata da -1,8 gradi Celsius a 13 gradi, ad una velocità di 3 gradi all’ora. I ricercatori hanno girato video che hanno consentito loro di esaminare e quantificare la motilità, la frequenza respiratoria, gli spostamenti nella vasca e i movimenti delle pinne dei pesci. I ricercatori ora raccontano che «Quando la temperatura dell’acqua è aumentata, il pesce ghiaccio a sangue bianco ha mostrato un intenso sventagliamentro delle pinne pettorali – un comportamento precedentemente osservato nei pesci ghiaccio durante la protezione delle uova – che potrebbe aiutare a facilitare la respirazione. Al contrario, il pesce a sangue rosso ha fatto manovre complesse, tra cui sventagliamento e apertura delle pinne pettorali, seguiti da inversioni a C simili a sussulti» che secondo Ismailov «Possono aumentare la ventilazione delle branchie».
Per George Somero, professore emerito di biologia marina alla Stanford University e uno dei maggiori esperti mondiali dell’adattamento della vita marina si adatta allo stress termico, che non ha partecipato al nuovo studio, «I risultati forniscono una nuova prospettiva sugli effetti dell’aumento della temperatura su queste specie altamente adattate al freddo».
I preparativi per la spedizione che èè servita a realizzare questo studio sono iniziati all’inizio del 2014. Il team di ricerca ha progettato, costruito su misura e spedito apparecchiature di laboratorio alla stazione di Palmer in Antartide prima di viverci per tre mesi nel 2015. Il viaggio includeva un volo per Punta Arenas, in Cile, per poi l’attraversamento del Passaggio di Drake Passaggio in barca durante l’autunno australe. Ismailov è stato il primo a raggiungere la base per installare gli impianti sperimentali. 6 settimane dopo è stato raggiunto da Jordan Scharping, allora studente al VTCSOM che conduceva ricerche nel laboratorio di Friedlander. I due ricercatori ha lavorato in turni di 12 ore eseguendo esperimenti in laboratorio a temperature prossime allo zero.
Scharping, che ora è un medico al Northwestern Memorial Hospital, spiega come è cominciata questa avventura scientifica: «Il dottor Friedlander mi ha attratto in questo progetto. Ricordo che presentava la proposta del progetto Antartico a noi studenti di medicina e tutti si avrebbero voluto partecipare. E’ stata un’opportunità incredibile e apprezzo che me l’abbia data».
I ricercatori erano responsabili della raccolta dei propri esemplari di pesce avvenuta durante 4 battute di pesca per una settimana. In mare, con l’aiuto dell’equipaggio della nave da ricerca, i ricercatori hanno lavorato 24 ore su 24, a volte in condizioni difficili. Ismailov ricorda che «Una notte di tempesta, mentre stavamo pescando, un’onda alta due piani ha superato la poppa, inzuppandomi dalla testa ai piedi con acqua di mare ghiacciata, il capitano della barca ha interrotto la pesca. Come laureato in medicina, non avrei mai potuto immaginare che la mia carriera mi avrebbe portato in Antartide per studiare i pesci, ma questo progetto di ricerca è diventato uno dei più straordinari e memorabili della mia vita».
Ma le basi di questo studio sono state gettate 45 anni fa quando Friedlander, allora studente laureato sotto il tutoraggio di C. Ladd Prosser all’università dell’Illinois – Urbana-Champaign – un pioniere nel campo della fisiologia animale comparata e della biologia termica – condusse ricerche su nuovi approcci sperimentali per valutare come il cambiamento di temperatura influisca su molecole, cellule, e processi comportamentali in un intero organismo. Il loro studio di riferimento, pubblicato nel Journal of Comparative Physiology nel 1977, che esamina il pesce rosso comune, è stato lodato da Somero in una recensione del 2015 sul Journal of Experimental Biology. Ed è proprio Somero ora a dire che «Trovo gratificante che gli studi pionieristici sugli effetti della temperatura sul comportamento dei pesci rossi condotti dal Dr. Friedlander diversi decenni fa si siano evoluti in questo affascinante nuovo lavoro sui pesci dell’Oceano Antartico»
Se il team di ricerca ha determinato che i pesci antartici stenotermici mostrano una notevole capacità di resistere a uno stress termico acuto, Ismailov avverte che «Queste specie vulnerabili hanno ancora bisogno di protezione. C’è una storia di grave sovrasfruttamento dell’Oceano Antartico negli anni ’70 e ’80 a causa della pesca commerciale non regolamentata. Queste attività avevano impoverito così tanto le popolazioni di alcune specie ittiche che le prospettive del loro recupero non sono ancora chiare».
Friedlander spiega questo “squilibri facendo notare in conclusione che «In un ecosistema fragile, tutte le specie svolgono ruoli importanti. Se lasciate non regolamentate, le attività antropogeniche potrebbero produrre danni irreversibili, colpendo non solo i pesci del ghiaccio, ma anche molte altre specie delle reti trofiche antartiche. Ora, eseguendo questi tipi di esperimenti proof of principle per iniziare a comprendere il repertorio fisiologico disponibile per le specie a rischio, possiamo iniziare a fare previsioni più informate su quale tipo di perturbazioni all’interno di ecosistemi complessi il cambiamento climatico può innescare e quale tipo di riserva e la capacità di adattamento le singole specie possono dispiegare. Il comportamento è l’ultima manifestazione delle alterazioni nella funzione di molecole, cellule e interi sistemi in un organismo vivente e quindi può servire come una potente lettura degli effetti sottostanti della sfida termica».
