Analysis of microzooplanktonic populations in Terra Nova polynya and comparison with similar polar systems

Il microzooplancton (MCZ) risulta costituito da tutti gli organismi eterotrofi (protozoi e prime forme larvali di metazoi) di dimensioni comprese tra 20 e 200 µm. Da un punto di vista trofico esso costituisce un anello fondamentale della rete trofica marina in quanto riesce a predare organismi di dimensioni inferiori a quelle delle prede tipiche del mesozooplancton e, a sua volta, viene attivamente predato da quest’ultimo, agendo quindi da vero e proprio intermediario trofico tra i batteri, il nanoplancton ed il mesozooplancton. Il MCZ è costituito da ciliati (aloricati e loricati), dinoflagellati eterotrofi, altri protozoi (foraminiferi, radiolari) e micrometazoi (primi stadi larvali). L’analisi dei dati di tutte le campagne antartide effettuate in precedenza nell'area di studio, ha evidenziato un cambiamento nella composizione del MCZ con una netta diminuzione della frazione a tintinnidi. In particolare, i valori integrati sui primi 100 m hanno evidenziato il passaggio da un massimo di 270 ind.L^-1 nel 1988 ad un ordine di grandezza inferiore nelle ultime campagne. Si è ipotizzato un legame tra il cambiamento della composizione del popolamento microzooplanctonico ed i cambiamenti climatici in atto. Lo scopo del progetto è stato quello di analizzare l'andamento dei popolamenti microzooplanctonici nella polynya di BTN al fine di implementare i dati già in nostro possesso, relativi a sette crociere oceanografiche (1988, 1990, 1994/95, 1997/98, 2001, 2003, 2006) effettuate nell’ambito del PNRA.

Gli obiettivi della ricerca possono essere riassunti in quattro punti principali:

1. Determinare l’abbondanza, composizione e biomassa del MCZ della polynya di Baia Terra Nova.

2. Comparare i dati ottenuti con la serie storica già in nostro possesso in relazione alle risposte dell’ecosistema ai cambiamenti climatici.

3. Studiare le caratteristiche trofiche (mixotrofia vs autotrofia) dei principali componenti (dinoflagellati, ciliati) al fine di ottenere una migliore caratterizzazione della rete trofica marina.

4. Comparare i dati ottenuti con quelli di altre aree artiche al fine di determinare la variabilità a scala regionale.

Nell’ambito del progetto 2009/A1.08, sono state analizzati 61 campioni per le analisi quali-quantitative dei popolamenti microzooplanctonici e 7 campioni per le analisi del popolamento in vivo, con particolare riguardo ai dinoflagellati eterotrofi. Durante la campagna 2011/12, la chiusura del pack di fronte alla Base italiana Mario Zucchelli ha costretto l’unità operativa a campionare dal ghiaccio in due stazioni (Tergeste e T10) poste in Tethys Bay. Le due stazioni sono state aperte grazie a dei carotaggi effettuati nel pack. Il diametro dei fori è risultato di circa 1 metro con uno spessore di circa 2 metri. Dei 61 campioni, 28 sono quindi stati prelevati sotto al ghiaccio nelle stazioni Tergeste e T10 e 33 nell’area marina antistante la Stazione Mario Zucchelli (area protetta ASPA n.161) (Fig. 1). Sono stati effettuati campionamenti sia all’interno che in zone limitrofe all’ASPA (effettuati da altre unità operative). Per ogni campione sono stati prelevati cinque litri d’acqua mediante una bottiglie Niskin, sia sotto al ghiaccio che in mare aperto.

Sette campioni per la determinazione in vivo sono stati raccolti, mediante retino Apstein, solo sotto il ghiaccio e analizzati direttamente presso la Base Italiana Mario Zucchelli. I campioni prelevati con il retino da plancton sono stati osservati al microscopio ad epifluorescenza per l’individuazione della presenza di clorofilla nei dinoflagellati. E’ stato utilizzato un microscopio Leica con la serie di filtri I3 (BP 450-490 exciter filter, RKP510 chromatic beam splitter, LP 515 barrier filter) equipaggiato con macchina fotografica. Per ogni campioni prelevato per le analisi quali-quantitativa dei popolamenti microzooplanctonici sono stati raccolti 5 l d’acqua di mare. In laboratorio sono stati concentrati con una maglia da 10 μm e ridotti a 250 ml, quest’ultimi sono stati fissati con una soluzione di formaldeide tamponata con CaCO₃ (concentrazione finale 4%). Subcampioni di varie aliquote (10-100 ml) sono stati fatti sedimentare e quindi esaminati al rientro in Italia, mediante camerette di sedimentazione con un microscopio invertito Leica DMI 3000B ad un ingrandimento di 200X secondo il metodo di Utermöhl (1958). E’ stata esaminata l’intera superficie delle camere di sedimentazione. Per ogni taxa è stata stimata la biomassa partendo dalle misure di ogni organismo effettuate mediante l’utilizzo di un micrometro inserito nell’oculare. I biovolumi così ottenuti sono stati moltiplicati per dei fattori di conversione ed è stata estrapolata la biomassa, espressa in µgC L^-1.

Le analisi di tipo qualitativo effettuate su campioni in vivo presso la base Mario Zucchelli hanno evidenziato la presenza di ciliati tintinnidi appartenenti ai generi Laackmanniella e Cymatocylis con le specie L. naviculaefera e C. drygalskii e di dinoflagellati eterotrofi appartenenti prevalentemente ai generi Protoperidinium e Gyrodinium. L’analisi al microscopio ad epifluorescenza ha confermato l’assenza di clorofilla in numerose specie di dinoflagellati presenti nei campioni. In particolare il genere Gyrodinium con la specie Gyrodinium lachryma tra i dinoflagellati atecati e il genere Protoperidinium, con le specie P. incertum, P. antarcticum, P. pseudoantarcticum, P. applanatum e P. defectum, tra i dinoflagellati tecati, sono risultati sempre privi di clorofilla. Il popolamento microzooplanctonico, in tutti i campioni esaminati, è variato da un minimo di 8 ind.L^-1 (St. T10.1, 125 m, 15/12/2011) ad un massimo di 7523 ind.L^-1 (St. SMN, 13 m, 28/01/2011).

L’analisi quantitativa effettuate presso l'OGS, ha evidenziato la dominanza dei dinoflagellati eterotrofi con il valore massimo di 6855 ind.L^-1 alla quota intermedia della stazione SMN il 28/01/2011. In generale, i dinoflagellati hanno raggiunto valori elevati anche nelle altre stazioni, alle quote superficiali e intermedie, mentre i valori minimi sono stati riscontrati sempre alle quote di fondo, con un minimo assoluto di 2 ind.L^-1 a 190 m nella stazione TER.4 il 27/12/2011. I ciliati aloricati sono risultati il secondo gruppo per abbondanza, con valori che sono variati tra 0 e 369 ind.L^-1 (St. SMN, superficie, 28/01/2011). I tintinnidi hanno presentato valori compresi tra 0 e 320 ind.L^-1 ( St. SMN, 13 m, 28/01/2011) mentre le larve di micrometazoi sono risultate sempre inferiori a 100 ind.L^-1.

Le analisi qualitative hanno evidenziato la presenza di dinoflagellati eterotrofi appartenenti prevalentemente ai generi Protoperidinium e Gyrodinium. Tra i dinoflagellati sempre ben rappresentato Gyrodinium lachryma, Protoperidinium incertum, P. applanatum e P. defectum. In particolare va segnalato il valore elevato di P. defectum nella st. SMN dove, con 4600 ind.L^-1, ha rappresentato più della metà del popolamento dei dinoflagellati eterotrofi. Tra i ciliati aloricati presente il genere Litonotus e Gymnozoum con le specie G. sympagicum e G. viviparum. I tintinnidi sono stati rappresentati dai generi Cymatocylis, Codonellopsis, Coxiella Laackmanniella e Salpingella. Le specie maggiormente presenti sono state C. drygalskii e L. naviculaefera. Le larve di micrometazoi non sono risultate molto abbondanti, solo Limacina helicina (pteropode) e i naupli di Copepode sono risultati presenti pressoché in tutte le quote. Non si è riscontrata la presenza di Foraminiferi e tra gli Eliozoi è stata segnalata solo Sticholonche zanclea. La biomassa è variata da 47 x 10³ pgC L^-1(T10.1, 125 m) a 84 x 10⁶ pgC L^-1(TER11, 20 m). In particolare quest'ultimi valori particolarmente alti in termini di carbonio sono da imputare alla presenza dello pteropode Limacina helicina che, con le sue dimensioni, ha influenzato il valore totale della biomassa.

Con particolare riferimento ai campionamenti effettuati sotto al ghiaccio sono stati notati sempre valori particolarmente bassi, sia in termini di abbondanza che di biomassa. Il popolamento microzooplanctonico è variato da un minimo di 8 ind.L^-1 (T10.1, 125 m il 15/12/11) ad un massimo di 774 ind.L^-1 (TER.5, 50 m del 2/01/12). In genere i massimi sono stati riscontrati alla superficie nei primi giorni di campionamento (16/12, 18/12 e 22/12) per poi spostarsi a 50 metri nei campionamenti successivi (27/12, 2/01 e 6/01). L’analisi quantitativa ha evidenziato la dominanza dei dinoflagellati eterotrofi con il valore massimo di 592 ind.L^-1 (TER.2, superficie del 18/12/2011 e TER.5, intermedio del 2/1/2012). I valori minimi sono stati riscontrati sempre alle quote di fondo (190 m). I ciliati aloricati sono stati il secondo gruppo per abbondanza, con valori che sono variati tra 0 e 79 ind.L^-1 (TER.5, 100 m). I tintinnidi e le larve di micrometazoi sono risultati poco abbondanti con, rispettivamente, il valore massimo di 94 e 20 ind.L^-1. Le analisi qualitative hanno indicato la presenza di ciliati tintinnidi appartenenti ai generi Laackmanniella e Cymatocylis con le specie L. naviculaefera e C. drygalskii e di dinoflagellati eterotrofi appartenenti prevalentemente ai generi Protoperidinium e Gyrodinium. Tra i dinoflagellati sempre ben rappresentato Gyrodinium lachryma, Protoperidinium incertum, P. antarcticum, P. applanatum e P. defectum. Le larve di micrometazoi non sono risultate molto abbondanti, con Limacina helicina (pteropode) e i naupli di Copepode presenti prevalentemente alle quote intermedie, mentre non si è riscontrata la presenza di Foraminiferi. Tra i ciliati aloricati presente il genere Gymnozoum con le specie G. sympagicum e G. viviparum. Alcune delle specie identificate sono considerate specie simpagiche e per la loro corretta classificazione ci si è avvalsi del confronto con materiale proveniente da ambienti diversi, come il Mare di Weddell. Nelle stazioni sotto il ghiaccio, Tergeste e T10, i valori di biomassa sono variati da un minimo di 47 x 10³ pgC L^-1 (T10.1, 125 m) ad un massimo di 5.6 x 10⁶ pgC L^-1 (TER.5, 50 m). In queste due stazioni la biomassa ha presentato valori particolarmente bassi, generalmente inferiori a 1 µgC L^-1, dovuto al fatto che il popolamento microzooplanctonico, costituito in prevalenza da dinoflagellati eterotrofi di ridotte dimensioni, non presentava ancora i tintinnidi e le larve di micrometazoi.

Alla luce dei risultati ottenuti è stato possibile effettuare un confronto tra il popolamento microzooplanctonico presente sotto il ghiaccio (dicembre 2012), nelle aree appena aperte (gennaio 2012) e nelle acque libere dal ghiaccio, campionate durante la campagna 2011. Nel periodo considerato la comunità microzooplanctonica ha evidenziato un’evoluzione stagionale, sia in termini di abbondanza che di biodiversità. All’inizio dell’estate australe, sotto al ghiaccio, il popolamento ha presentato valori molto bassi lungo tutta la colonna. Nelle stazioni appena aperte dal ghiaccio le abbondanze hanno raggiunto valori più tranne che alle quote di fondo dove non hanno mai superato i 150 ind.L^-1. L’abbondanza e il numero di taxa è aumentato nelle stazioni libere dal ghiaccio da più tempo, raggiungendo anche al fondo valori fino a 870 ind.L^-1. La composizione del popolamento sotto al ghiaccio è risultata diversa da quella di mare aperto, sia in termini di abbondanza che di diversità con la dominanza di dinoflagellati eterotrofi e ciliati aloricati. La presenza del ghiaccio ha influito su tutta la colonna, riducendone la produzione, in particolare alle quote profonde. I tintinnidi sono risultati assenti sotto al ghiaccio e la loro abbondanza è aumentata col proseguire della stagione, evidenziando i valori maggiori nelle stazioni campionate alla fine di gennaio. I tintinnidi hanno presentato i valori maggiori nell’acque intermedie (MIW) mentre, nei campioni di fondo, caratterizzati dalla presenza di ISW, l’abbondanza è rimasta sempre molto bassa.

Lo studio condotto ha sottolineato come il microzooplancton sia influenzato dalle variabili ambientali e come la comunità dipenda largamente dal periodo di campionamento. In particolare l’apertura dei ghiacci e il tempo trascorso sembra essere il fattore di maggiore importanza per l’evoluzione del popolamento microzooplanctonico.

Monti M., Zoccarato L., Fonda Umani S. (2016) Microzooplankton composition under the sea ice and in the open waters in Terra Nova Bay (Antarctica). Polar Biology. http://doi.org/10.1007/s00300-016-2016-9.