Le creature più piccole e più numerose dell'oceano non riescono a far fronte al riscaldamento del mare.

Misurando meno di un millesimo di millimetro, i Prochlorococcus sono giganti. Scoperti alla fine del secolo scorso, sono responsabili di gran parte del colore turchese dei mari tropicali. Più avanti delle piante terrestri, sono anche i principali esseri viventi fotosintetici, metabolizzando la luce per generare carbonio organico, la base degli ecosistemi marini. Come sottoprodotto, rilasciano il 5% dell'ossigeno disponibile per la respirazione (i loro antenati furono i protagonisti del Grande Evento di Ossidazione che riempì il pianeta di questo elemento milioni di anni fa). Tuttavia, mal tollerano il calore , e i mari ne stanno subendo sempre di più. Uno studio pubblicato su Nature Microbiology stima che, entro la fine del secolo, l'abbondanza di questi cianobatteri si ridurrà della metà. Questo declino innescherà effetti a cascata ancora sconosciuti.

Per oltre 10 anni, un gruppo di oceanografi e biologi marini ha percorso circa 150.000 miglia nautiche (circa 277.000 km) in circa 100 viaggi studiando il fitoplancton (organismi microscopici che galleggiano sulla superficie del mare). Hanno cercato di stimare l'abbondanza dei principali cianobatteri in base alla latitudine e, in particolare, di misurare l'impatto della temperatura sul processo di divisione e moltiplicazione cellulare di Prochlorococcus . Si possono trovare fino a 100.000 cellule (sono organismi unicellulari) per millimetro cubo d'acqua. Per contarle, hanno utilizzato una versione più grande di un dispositivo presente in qualsiasi laboratorio di analisi clinica o ospedale: un citometro a flusso.

"Contare organismi così piccoli richiede attrezzature specializzate", afferma François Ribalet , professore di oceanografia all'Università di Washington (USA) e primo autore della ricerca. "Abbiamo utilizzato un citofluorimetro a flusso continuo chiamato SeaFlow che emette luce laser sulle cellule al loro passaggio. Ogni cellula di Prochlorococcus contiene clorofilla che emette fluorescenza quando viene colpita dal laser, creando una firma ottica unica che possiamo rilevare e contare", aggiunge. Ribalet lo paragona a un microscopio automatico in grado di elaborare decine di migliaia di campioni al secondo. "Negli ultimi dieci anni, abbiamo analizzato più di 800 miliardi di cellule di Prochlorococcus in questo modo!"

I risultati di questo viaggio confermano che i Prochlorococcus amano il caldo. Non sono presenti ai poli o nei mari più freddi. Anzi, la loro abbondanza aumenta con la latitudine; più ci si avvicina all'equatore, più questi cianobatteri sono presenti. La loro divisione cellulare raggiunge il picco (il loro tasso di replicazione) negli oceani tropicali Atlantico e Indiano, dove le loro popolazioni raddoppierebbero ogni 10,5 ore se le popolazioni precedenti non morissero. Hanno anche scoperto che il fattore chiave per la loro moltiplicazione non sono i nutrienti disponibili (azoto e fosforo) o la quantità di luce, ma il termometro: hanno scoperto che il tasso di divisione cellulare aumentava esponenzialmente man mano che la temperatura superficiale del mare si avvicinava ai 28 °C, ma poi crollava.

"Non abbiamo osservato direttamente cali della popolazione durante il nostro studio decennale, poiché abbiamo campionato località diverse ogni anno anziché monitorare siti fissi", chiarisce Ribalet. Tuttavia, aggiunge, "confrontando le misurazioni di intervalli di temperatura simili in anni e località diverse, il modello di sensibilità termica è sorprendentemente coerente: le popolazioni sono sistematicamente più basse nelle acque più calde che abbiamo incontrato".

Combinando il lavoro sul campo con esperimenti di coltura in laboratorio, hanno scoperto che i Prochlorococcus accelerano la divisione e la moltiplicazione cellulare a partire da 19 °C, a una velocità che diventa esponenziale intorno ai 28 °C. Tuttavia, una volta superata questa soglia, quello che era un optimum termico degenera in stress termico: quando l'acqua raggiunge i 30 °C (come è successo quest'estate sulla costa mediterranea spagnola ), il tasso di crescita scende a un terzo e, oltre tale temperatura, la popolazione inizia a diminuire.

"Il fitoplancton è l'erba del mare, le foreste dell'oceano", paragona Xosé Anxelu G. Morán, professore presso il Centro Oceanografico di Gijón (IEO/CSIC). All'interno di questo gruppo, il gruppo principale è il Prochlorococcus . "Sono così piccoli e ognuno produce così poca clorofilla che sono passati inosservati con la microscopia tradizionale", spiega. Solo nel 1986, quando il team della microbiologa del MIT Sallie Chisholm ha utilizzato la citometria a flusso, questi cianobatteri sono diventati visibili. "Se questo e il resto del fitoplancton non esistessero, non ci sarebbe produzione primaria. La vita nel mare dipende dallo zooplancton che si nutre di loro, dalle larve dei pesci che si nutrono di zooplancton, dai piccoli pesci che si nutrono di...", commenta Morán, che non ha partecipato allo studio.

Ebbene, secondo le previsioni del team di Ribalet, in futuro ci saranno mari così caldi che il Prochlorococcus sarà scomparso. Utilizzando i dati accumulati nell'ultimo decennio, hanno alimentato un modello climatico con due scenari alternativi. Uno, il più ottimistico, prevede un accumulo di anidride carbonica (CO₂) di 650 parti per milione (ppm) entro la fine del secolo. Oggi è di 424 ppm . L'altro, il più pessimista, aumenta la concentrazione a 1.370 ppm, il che implicherebbe un riscaldamento ancora più pronunciato.

Qualunque cosa accada con le emissioni, nella migliore delle ipotesi, l'abbondanza di Prochlorococcus nei mari tropicali diminuirà del 17%. Nella peggiore, potrebbe ridursi del 51%. Questa è la media. "I nostri modelli prevedono che i cali più gravi si verificheranno nelle regioni tropicali più calde, in particolare nella zona calda del Pacifico occidentale (intorno a Indonesia, Filippine e Papua Nuova Guinea), in alcune parti del Pacifico centrale, nelle aree più calde dell'Oceano Indiano e nel Mar Arabico", osserva Ribalet.

Con il calore, il metabolismo cellulare tende ad accelerare. Questo ha portato gli scienziati a credere che, con il riscaldamento globale, sarebbero arrivati ​​tempi migliori per i cianobatteri. " Il Prochlorococcus è una macchina fotosintetica perfetta per ottenere energia solare e convertirla in energia chimica", ricorda Laura Alonso, del Dipartimento di Biotecnologie ed Ecologia Molecolare Marina del centro di ricerca AZTI. Con un genoma molto piccolo (il DNA richiede sia azoto che fosforo), il suo apparato cellulare ne richiede pochissimo, "ecco perché prospera in regioni con pochi nutrienti", aggiunge Alonso. Ma questa stessa semplicità, plasmata in milioni di anni di evoluzione, pone i suoi limiti: " I Prochlorococcus non si adattano alle nuove temperature", aggiunge la ricercatrice. In colture di laboratorio con un ceppo, Alonso e il suo team hanno verificato come il calore riduca la disponibilità di RNA necessario per esprimere i geni in proteine.

Né gli autori dello studio né altri esperti di Prochlorococcus hanno le idee chiare su cosa accadrà quando inizieranno a scarseggiare. Il loro ruolo di generatori di ossigeno non è tra i problemi, "poiché altri fitoplancton, come Synechococcus , compenseranno la perdita", afferma Ribalet. La preoccupazione riguarda il loro ruolo nella catena alimentare. Senza questi cianobatteri, il vuoto verrebbe colmato da altri, molto più grandi. E questo dettaglio avrebbe conseguenze che Morán, del Centro Oceanografico di Gijón, riassume: "Un piccolo organismo, come lo zooplancton, che si nutre di uno più piccolo [ Prochlorococcus ], non sarà in grado di nutrirsi di uno più grande [ Sinechococcus ]". Per Alonso, dell'AZTI, ciò che accadrà è imprevedibile: "Fino a questo studio in situ , quasi tutti gli esperimenti sono stati condotti su colture isolate in laboratorio. Oltre al loro lavoro fotosintetico, non sappiamo molto sulle loro interazioni con altri organismi".