Una spedizione alla scoperta del microbioma

Una spedizione per studiare le funzioni del microbioma, una delle chiavi del benessere del pianeta

II microbioma è espressione dell’intera vita unicellulare degli Oceani; inoltre è una delle chiavi del benessere del pianeta ma gran parte del suo funzionamento è ancora sconosciuto, per questo motivi gli studiosi hanno preparato una spedizione.

Il microbioma è infatti l’insieme degli organismi unicellulari che vivono sospesi nelle acque degli oceani; passa dalle microalghe che sono delle vere e proprie piante in miniatura ai batteri con la miriade delle loro attività chimiche; senza dimenticare gli organismi unicellulari che predano altri organismi cellulari.

Svolge un ruolo essenziale nella produzione dell’ossigeno che respiriamo. Infatti cattura l’anidride carbonica ed è il primo anello dell’intera catena alimentare dei mari, è il mattone principale dell’intero ecosistema marino.

Si sa che il microbioma svolge un ruolo fondamentale nei meccanismi climatici; inoltre agisce come una immensa foresta subacquea e cattura, attraverso la fotosintesi di microalghe e cianobatteri, l’anidride carbonica disciolta nell’acqua di mare. Si sa molto della sua composizione, ma si ancora molto poco dei suoi processi di funzionamento.

Scoprirli significherebbe fare luce non solo sul benessere dei mari ma sulla salute di tutto il pianeta». 200 scienziati della “Tara – Mission Microbiomes”, una spedizione che si svolgerà nel contesto dell’United Nations Decade of Ocean Sciences for Sustainable Development, cercheranno proprio di svelare i segreti del mondo invisibile degli oceani.

La spedizione

La spedizione è la principale iniziativa di AtlantECO, promossa dalla Stazione Zoologica Anton Dohrn e finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del Programma Quadro Horizon 2020 per un valore di 11 milioni di euro.

I ricercatori napoletani spiegano ancora: «Iniziato lo scorso settembre, il progetto valuterà lo stato di salute dell’Oceano Atlantico per prevederne la risposta ai cambiamenti climatici.

La spedizione durerà 2 anni e coinvolge 44organizzazioni scientifiche di 14 Paesi tra Europa, Cile, Brasile e Sudafrica. Con 20 tappe e 70 mila chilometri in totale: un’impresa scientifica di larga scala in cui 200scienziati uniranno le loro forze per studiare l’Atlantico dall’Equatore all’Antartide per determinare la struttura e la funzione del microbioma, verificare la presenza e l’impatto di inquinanti quali le microplastiche, valutare il suo ruolo di “sensore” dello stato dell’ecosistema marino e, con esso, dell’intero pianeta».

Come funziona il microbioma?

Iudicone, primo ricercatore all’Istituto Nazionale di Biologia, Ecologia e Biotecnologie Marine e coordinatore del progetto AtlantECO della Stazione Zoologica Anton Dohrnd,  sottolinea che «Lo stato di salute del microbioma e la sua distribuzione negli oceani influenzano l’intero ecosistema oceanico e, quindi, i servizi alla società, per esempio le risorse per l’uomo fornite dalla pesca e acquacoltura, e anche il clima del nostro pianeta. Infatti – continua lo scienziato della Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli – esattamente come il microbioma umano, ovvero i miliardi di microrganismi che vivono nel nostro intestino, è essenziale per la nostra salute ed influisce sulla nostra digestione e sulla nostra resistenza agli agenti patogeni, lo stesso è per l’oceano: il suo microbioma è assolutamente cruciale».

Colomban de Vargas, direttore di ricerca, direttore del Tara Oceans Research Federation – GO-SEE, e co-direttore della spedizione Tara Mission Microbiomes,  aggiunge: «Tuttavia, mentre il microbioma umano è ben studiato, le funzioni di oltre il 50% dei geni microbici presenti nell’oceano devono ancora essere scoperte»

I dubbi degli studiosi

Chris Bowler, direttore scientifico del Tara Oceans Consortium, direttore del Comitato Scientifico della Tara Ocean Foundation, direttore di ricerca del CNRS e co-direttore della missione Tara Microbiomes, ricorda che «Abbiamo una chiara comprensione della composizione del microbioma oceanico, tuttavia non abbiamo una comprensione altrettanto chiara sulle sue funzioni. In altre parole, la domanda che ci siamo posti e cui intendiamo dare una risposta non è tanto su “cosa c’è?” ma piuttosto “quale microrganismo fa cosa”».

L’obiettivo principale di questa enorme sfida scientifica è capire il funzionamento del microbioma. Per questo, a bordo di Tara, gli scienziati raccoglieranno microorganismi marini in vari contesti ambientali; passando dalle calde acque tropicali arricchite dal Rio delle Amazzoni alle gelide scie di acqua dolce e ricca di ferro lasciate dagli icebergs. Inoltre, grazie agli sviluppi tecnologici, saranno in grado di sequenziare DNA ed RNA della totalità dei campioni raccolti durante la missione. Questa azione era inimmaginabile fino a pochi anni fa.

I dati della missione saranno condivisi con la comunità scientifica

Gli scienziati misureranno un gran numero di parametri ambientali, tra cui temperatura, livello di ossigeno, presenza di nutrienti e inquinamento da plastica. All’ Anton Dohrnd assicurano che «La colossale mole di dati generata da questa nuova missione sarà archiviata e condivisa con l’intera comunità scientifica, contribuendo agli sforzi planetari per analizzare e modellare gli ecosistemi marini».

Iudicone spiega ancora: «Insieme alla Fondazione Tara e al CNRS, abbiamo concepito e disegnato l’intera spedizione e preparato la pianificazione, inclusa la definizione dei protocolli e ne dirigeremo insieme le operazioni giorno per giorno. 

Il metodo di campionamento

In linea con l’idea di oceanografia innovativa che stiamo sviluppando da tempo all’interno del nostro Osservatorio Marino Aumentato “NEREA” nel Golfo di Napoli, abbiamo impostato la spedizione secondo una filosofia hypothesis-driven, ovvero un piano di campionamento guidato da specifiche domande scientifiche, invece di fare un classico campionamento regolare. Inoltre, nello stesso spirito, integreremo fisica, chimica, biologia molecolare ed ecologia con gli approcci più innovativi e uno spirito fortemente internazionale e multidisciplinare».

Salpata il 12 dicembre da Lorient, in Francia, la goletta Tara è un vero e proprio laboratorio galleggiante. Le prime tappe della missione, dopo aver attraversato l’Atlantico, saranno le coste sudamericane. Dunque si ripercorre in gran parte l’itinerario della celebre spedizione che il giovane Charles Darwin compì a bordo della goletta Beagle dal 1831 al 1836; una crociera che fu decisiva per l’elaborazione della teoria dell’evoluzione delle specie per selezione naturale.

Lo studio della biogeografia

Iudicone  conferma: «Esiste una sovrapposizione quasi completa con il percorso Beagle attorno al Sud America, dal Brasile alle Galapagos. Proprio in quella parte del viaggio la biogeografia degli organismi terrestri e i relativi resti fossili lo convinsero che la diversità evolvesse nel tempo. Anche noi andremo a studiare la biogeografia (del microbioma oceanico) non tanto per descriverla ma per capire i processi che la determinano».

E i ricercatori rivelano uno degli aspetti meno noti delle ricerche di Darwin: l’interesse per le specie marine, anche di quelle microscopiche. Infatti fu il secondo nella storia della scienza a utilizzare un retino per campionare il plancton. Inoltre, intuì che quei microscopici esseri viventi erano alla base della catena alimentare che permetteva ai grandi di vivere negli oceani. Inoltre prima quegli esseri microscopici erano ritenuti privi di vita.

Il plancton

Iudicone conclude: «Darwin fece delle osservazioni sulla bioluminescenza del plancton che, di notte, creava dietro la nave una scia luminosa “come fosforo liquido”. Notò anche che sia la polvere sulle isole di Capo Verde sia quella usata dai nativi in Patagonia per colorarsi il viso fosse fatta di plancton, probabilmente fossile. E, al suo ritorno, ne fece studiare dei campioni ad un esperto. Concluse che la sorprendente bellezza e varietà delle loro forme, a noi invisibili, non era semplicemente una testimonianza della magnificenza divina (come si riteneva quando si pensava che le specie fossero state create da Dio singolarmente all’inizio dei tempi) ma che fosse l’indizio della lenta evoluzione di una loro funzione specifica».