Biodiversita’ e funzionamento degli ecosistemi planctonici del mare di ross nell’oceano meridionale in cambiamento

Il Mare di Ross è una delle aree più produttive dell'Oceano Meridionale e include un mosaico di ecosistemi marini che contribuiscono in modo differente ai processi di produzione primaria (Polynyas, aree marginali ai ghiacci- MIZ, aree costiere e mare aperto). Questi ecosistemi rendono il Mare di Ross un "laboratorio" per lo studio dei potenziali effetti dei cambiamenti climatici sulle caratteristiche biologiche ed ecologiche del SO.

E’ stata osservata una significativa variabilità inter-annuale nella produzione primaria e nell’export di carbonio. Sebbene la produzione annua sia chiaramente regolata dall’estensione del ghiaccio, i processi produttivi sono anche influenzati dalla disponibilità di ferro e dalla stratificazione verticale su una scala spaziale più piccola. La risposta del comparto planctonico agli effetti sinergici dei cambiamenti in atto sono difficili da prevedere. I cambiamenti osservati possono influenzare profondamente (e in modo ancora non del tutto prevedibile) le interazioni virus/batteri e fitoplancton, lo shift di gruppi funzionali e la successione delle specie fitoplanctoniche, le interazioni trofiche, e, infine, il drawdown di C e nutrienti.

I dati acquisiti nell’ambito del Progetto P-ROSE saranno analizzati sulla base delle informazioni disponibili dal 1994 al 2014, relative a diverse campagne oceanografiche svolte dal gruppo di ricerca italiano di Ecologia marina e di Oceanografia fisica. Il confronto tra le informazioni pregresse e quelle attuali fornirà un supporto valido per la valutazione delle possibili modificazioni avvenute nella rete trofica pelagica del Mare di Ross nel corso degli ultimi 20 anni.

Gli obiettivi specifici del progetto sono stati: i) identificare segnali e/o pattern di risposta del comparto planctonico ai cambiamenti climatici in atto; ii) fornire un approccio olistico per valutare le conseguenze dei cambiamenti climatici sugli stock biologici e sui pattern di produzione iii) esplorare scenari futuri di cambiamento nella struttura e nel funzionamento degli ecosistemi del Mare di Ross.

Il progetto P-ROSE, incentrato sulla stessa area di studio esaminata durante le precedenti campagne oceanografiche (ROSSMIZE and CLIMA), andrà ad analizzare: i) le caratteristiche fisiche della colonna d'acqua; ii) macro e micro-nutrienti; iii) materiale organico disciolto e particellato (quantità, composizione biochimica e il tasso di degradazione); iv) la struttura della rete trofica pelagica utilizzando un approccio E2E, dai virus ai procarioti auto- ed eterotrofi, il micro- e meso-zooplancton e il micro-nekton; v) la produzione di C dei procarioti eterotrofi e la respirazione; vii) l’efficienza fotosintetica; viii) le attività di pascolo del micro- e meso-zooplancton; ix) le risposte fisiologiche del fitoplancton alla disponibilità dei nutrienti, e/o la luce (UV) e regimi di temperatura; x) la struttura verticale di meso-zooplancton e le aggregazioni di micro-nekton.E' stata analizzata la variazione spazio-temporale della biomassa e della biodiversità dei procarioti, del fitoplancton, del nano-, micro- e meso – zooplancton. Sono state condotte analisi per la determinazione dei nutrienti inorganici, della composizione della sostanza organica particolata. Infine, è stata valutata la produzione e la respirazione batterica e la capacità fotosintetica del fitoplancton.

Oltre alle attività di campionamento in colonna d’acqua, sono stati effettuati a bordo (e in laboratoio in Italia), esperimenti in condizioni controllate per poter individuare le potenziali variazioni nei processi eco-fisiologici in risposta ai futuri scenari dei cambiamenti in atto.

La strategia di campionamento prevista dal Progetto ha tenuto conto di due aspetti: il primo è stato centrato sulla variabilità spaziale delle comunità planctoniche nelle due aree di Polynya del Mare di Ross (quella di BTN e quella del Mare di Ross); il secondo aspetto è stato quellodi valutare la variabilità a piccola scala temporale in due aree a caratteristiche trofiche differenti.

Inoltre, sono state campionati alcuni siti in collaborazione con altri Progetti: Moring B, Mooring L, Mooring G e Mooring D (Progetto MORSEA e CELEBeR) e punti B e C (Progetto BED-ROSE).

Una specifica attività di ricerca è stata condotta per valutare la risposta del fitoplancton a diversi fattori di stress attraverso sperimentazioni in condizioni ambientali variabili. Sono, ad esempio, state testate diverse concentrazioni di elementi in tracce, che sono elementi rappresentativi dei potenziali cambiamenti ambientali dovuti all’aumentata stratificazione nell’Oceano Meridionale. 

Cordone A., D’Errico G., Magliulo M., Bolinesi F., Selci M., Basili M., de Marco R., Saggiomo M., Rivaro P., Giovannelli D. and Mangoni O. (2022). Bacterioplankton Diversity and Distribution in Relation to Phytoplankton Community Structure in the Ross Sea Surface Waters. Frontiers in Microbiology, 13.     

Fontana I., Barra M., Bonanno A., Giacalone G., Riccardo R., Mangoni O., Genovese S., Basilone G., Ferreri R., Mazzola S., Lo Bosco G., Aronica S. (2022). Automatic classification of acoustically detected krill aggregations: A case study from Southern Ocean. Environmental Modelling & Software, 151, 105357.

Fontana I., Giacalone G., Rizzo R., Barra M., Mangoni O., Bonanno A., Basilone G., Genovese S., Mazzola S., Lo Bosco G., Aronica S. (2021). Unsupervised Classification of Acoustic Echoes from Two Krill Species in the Southern Ocean (Ross Sea). In: Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics) Springer Science and Business Media Deutschland GmbH. pp. 65-74.

Saggiomo M., Escalera L., Bolinesi F., Rivaro P., Saggiomo V. and Mangoni O. (2021). Diatoms diversity during two austral summers in the Ross Sea (Antarctica). Marine Micropaleontology, 165. 101993. 

Bolinesi F., Saggiomo M., Ardini F., Castagno P., Cordone A., Fusco G., Rivaro P., Saggiomo V. and Mangoni O. (2020). Spatial-Related Community Structure and Dynamics in Phytoplankton of The Ross Sea, Antarctica. Frontiers in Marine Science, 7,1092. doi: 10.3389/fmars.2020.574963.

Bolinesi F., Saggiomo M., Aceto S., Cordone A., Serino E., Valoroso M.C. and Mangoni O. (2020). On the Relationship between a Novel Prorocentrum sp. and Colonial Phaeocystis antarctica under Iron and Vitamin B₁₂ Limitation: Ecological Implications for Antarctic Waters. Applied Sciences, 10(19), 6965. 

Rivaro P., Ardini F., Vivado D., Cabella R., Castagno P., Mangoni O., Falco P. (2020). Potential sources of particulate iron in surface and deep waters of the Terra Nova Bay (Ross Sea, Antarctica). Water, 12(12), 3517.

Zaccone R., Misic C., Azzaro F., Azzaro M., Maimone G., Mangoni O., Fusco G., Rappazzo A.C., La Ferla R. (2020). Regulation of Microbial Activity Rates by Organic Matter in the Ross Sea during the Austral Summer 2017. Microorganisms, 8(9), 1273. 

Escalera, L., Mangoni, O., Bolinesi, F., and Saggiomo, M. (2019). Austral summer bloom of loricate choanoflagellates in the central Ross Sea Polynya. J. Eukaryot. Microbiol. 66, 849–852. doi: 10.1111/jeu.12720