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coltura microalghe

Il fitoplancton

Il fitoplancton rappresenta l’insieme degli organismi autotrofi fotosintetici presenti nel plancton; la parola deriva dal greco “planctos – πλαγκτον”, che significa  “vagare”. Questo termine, utilizzato per la prima volta in campo bio-ecologico dal biologo Hensen nel 1887, comprende “tutte le particelle di natura organica che galleggiano liberamente ed involontariamente in acque aperte”.

Oltre al fitoplancton, quasi esclusivamente autotrofo, nel plancton è presente anche una componente eterotrofa rappresentata da virus, batteri e organismi animali (zooplancton); tutti adattati a vivere in sospensione sia in mare che in acqua dolce e ad essere soggetti a movimenti passivi indotti da correnti e venti. Questa distinzione tra componente autotrofa ed eterotrofa non è tuttavia netta; la maggior parte delle specie fitoplanctoniche è in grado di utilizzare anche composti organici, in particolare vitamine, presenti in soluzione in acqua (questa proprietà viene definita auxotrofia) ed alcune specie sono in grado di utilizzare la materia organica disciolta anche come fonte energetica (questa proprietà è definita come mixotrofia o eterotrofia). Nonostante questa plasticità metabolica, la funzione fotosintetica rappresenta la principale forma di approvvigionamento energetico per il fitoplancton, come gruppo, e queste specie microscopiche (dimensioni comprese tra 0.2 μm e 500 μm di diametro) costituiscono i principali produttori primari in una gran parte degli ecosistemi acquatici.

microalghe

fitopl

Le specie di microalghe conosciute oggi sono molte ma si stima che siano solo una piccola parte di quelle esistenti.

biofilm

Biofilm fotosintetico lungo un corso d’acqua

Sono inoltre una componente importante del “biofilm”; un biofilm è un’associazione superficiale di microrganismi che risultano fortemente adesi l’uno con l’altro grazie alla produzione di una matrice polimerica extracellulare.

Entrano in molte simbiosi, ad esempio quella lichenica, colonizzando in questo caso gli ambienti più disparati: sulle rocce (licheni epilitici), sugli alberi (licheni epifiti), suoli desertici, ghiacci polari ed alpini o addirittura all’interno di rocce (licheni criptoendolitici).

Flavop

Apoteci sorediati in Flavoparmelia soredians, lichene con simbionte algale (clorococcoide) a tallo folioso a lobi stretti

collema

Collema furfuraceum, lichene con simbionte cianobatterico (Nostoc) a tallo gelatinoso

Immagine1

Lichene criptoendolitico sulla superficie interna di rocce arenarie (Antartide)la componente fotosintetica (in verde) è ben visibile per la presenza di clorofilla subito al di sotto dello strato fungineo (linea scura)

Il fitoplancton svolge un ruolo fondamentale nelle strutture trofiche degli ambienti acquatici, poiché esso rappresenta la via attraverso la quale l’energia fluisce ai livelli trofici superiori. Si può affermare, che il fitoplancton costituisce negli ambienti acquatici, l’equivalente dell’abbondante vegetazione terrestre che rappresenta il supporto fondamentale per la vita degli animali, compreso l’uomo.

fitoplancton

fitoplancton_Adriatico_Mediterraneo1

Gli oceani e il Mar Mediterraneo visto dagli speciali occhi elettronici del satellite; in quest’ultimo il fitoplancton è particolarmente abbondante nel Mar Adriatico e nel Golfo del Leone (foto Nasa).

Nell’ambiente marino, più del 90% della produzione primaria annuale è a carico di organismi appartenenti al fitoplancton che, pertanto, assumono un ruolo fondamentale nei meccanismi di riciclo del carbonio, dei nutrienti (in particolare N e P) e dell’ossigeno sia a livello ecosistemico che a livello globale.

Gli organismi del fitoplancton hanno una struttura cellulare semplice e cicli vitali brevi nell’ordine di alcuni giorni; in condizioni ottimali si può osservare un turnover nelle corporazioni fitoplanctoniche anche superiore 6-8 volte al giorno. Per queste caratteristiche fisiologiche e metaboliche, a livello individuale essi sono in grado di rispondere rapidamente a diversi fattori fisici (luce, temperatura e turbolenza), con un metabolismo fortemente accoppiato alla disponibilità di nutrienti inorganici (principalmente N e P), ed a livello di popolazione e corporazione essi sono soggetti ad ampie oscillazioni su scale spazio–temporali anche relativamente ristrette.

Nelle acque fredde dell’Artico e dell’Antartide dominano le diatomee. Esse sono più abbondanti numericamente all’inizio della primavera e in autunno quando l’intensità luminosa e la durata del giorno sono ottimali per la fotosintesi. Quando la popolazione di questi organismi aumenta la concentrazione da centinaia a migliaia di cellule per millilitro, l’acqua di mare si colora di verde – blu, giallo – marrone o rosso: questo fenomeno è conosciuto con il nome di bloom algale.

bloom algale irlanda

bloom

Immagine dal satellite di un bloom di fitoplankton nell’Oceano Atlantico a nord dell’Irlanda (sopra)e al largo delle coste argentine (sotto).

Assieme all’eutrofizzazione che porta nutrienti nelle acque, anche il riscaldamento della terra favorisce i bloom algali. Nella dinamica dei bloom e soprattutto nella loro insorgenza, intervengono meccanismi complessi che implicano non solo l’innalzamento della temperatura, ma anche la fertilizzazione degli oceani ad opera delle tempeste di sabbia, più frequenti e di maggiore estensione in questa fase di riscaldamento globale. In Italia, fioriture di alghe produttrici di polisaccaridi (mucillagini) hanno interessato le coste del nord Adriatico negli anni ‘80 con gravi ripercussioni sul turismo, e colpiscono ancora oggi pesantemente alcune zone costiere del Salento.

Anche se ridotti in numero ed entità rispetto a quelli dannosi, non mancano i casi di bloom algali sfruttati dall’uomo. Ad esempio, i bloom di Arthrospira platensis (nota come spirulina) sono abbastanza frequenti nelle acque alcaline di tutti i continenti ed in alcuni casi vengono utilizzati a scopo alimentare dalle popolazioni locali. A Myanmar (ex Burma) la raccolta stagionale del bloom di spirulina da alcuni bacini di origine vulcanica ha dato vita ad una piccola attività industriale. Sulle sponde orientali del lago Ciad, le popolazioni Kanembu sfruttano da secoli questa risorsa con evidenti benefici nutrizionali e sociali.

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Raccolta di Spirulina dei Kanembu presso Ancient Lake (Chad)

Degno di nota è lo sfruttamento del bloom stagionale di Aphanizomenon flos-aquae nel Klamath lake (Oregon, USA) per ottenerne un integratore (le alghe AFA) di largo consumo negli USA e che si va diffondendo anche in Europa. Questa attività suscita qualche preoccupazione sanitaria sia in quanto A. flosaquae in certe condizioni produce tossine, sia perché le biomasse raccolte dal lago potrebbero essere contaminate da altri cianobatteri tossici. I controlli delle aziende che operano sul Klamath sono comunque rigorosi.

alga-klamath

Aphanizomenon Flos Aquae (AFA/Alga Klamath) –  (Oregon)

Approfondimenti

Alga

Il nome, che non ha valore sistematico, raggruppa organismi vegetali prevalentemente acquatici, con organizzazione relativamente semplice, molto diversi tra loro: forme unicellulari e coloniali, forme pluricellulari, uni- o plurinucleate, organizzate in filamenti semplici o complessi o in talli parenchimatici. Di dimensioni che vanno da meno di un micron a qualche decina di metri (alcune a. brune), spesso le a. presentano un elevato grado di complessità cellulare

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Bibliografia

A. Basset, F. Sangiorgio, L. Sabetta (2009). “Nuovi approcci metodologicio per la classificazione dello stato di qualità degli ecosistemi acquatici di transizione, Metodologie per la determinazione della struttura dimensionale di fitoplancton e macroinvertebrati bentonici ” – ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale Laboratorio di Ecologia, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali, Università del Salento – Lecce.

F. M. Vella, A.Fontana (2011). “Potenzialità e controllo di colture di diatomee marine per la produzione di biomasse energetiche” Tesi  di dottorato – Università degli Studi di Napoli Federico II – Napoli.

M. R. Tredici (2006). “Colture massive di microalghe: calamità o risorsa?” –  da una lettura tenuta in occasione della giornata di studio dedicata a: “Coltura massiva delle microalghe: il contributo della scuola fiorentina” – Accademia dei Georgofili, Firenze.

M. Menegus, A.Bertucco, A. Botto  (2011). “Progettazione di un fotobioreattore per la coltivazione su scala industriale di microalghe utilizzabili per fini energetici” Tesi di laurea – Università degli Studi di Padova.

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