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Il CNR di Messina svolge ricerche di carattere microbiologico in aree polari, con particolare focus sulle aree marine antartiche e periantartiche, dal 1988. Dal 2009 partecipa anche a diverse spedizioni in aree polari artiche, comprese le Isole Svalbard. In queste ultime, le ricerche del gruppo sono state condotte nel Kongsfjorden nell'ambito di tre progetti: PolyArc, MYKA e ARCA. La comunità microbica marina gioca un ruolo chiave nella rete trofica artica, in quanto controlla diversi processi, fra cui la produzione primaria, il turnover degli elementi biogenici, la degradazione della materia organica e la mineralizzazione di xenobiotici e inquinanti. In questo contesto diversi sono stati gli approcci metodologici e le strategie di campionamento adottate su campo nel Kongsfjorden dal gruppo di ricerca, in funzione anche della logistica e delle risorse disponibili. I molteplici studi condotti hanno avuto carattere multidisciplinare, e rivolti 1) allo studio della struttura della comunità batterica nei sedimenti e nell'acqua (in collaborazione con l'Università di Messina), 2) alla valutazione nel breve periodo dei trends biogeochimici e microbici lungo la colonna d'acqua (in collaborazione con l'Università di Rio de Janeiro e Miserocchi S., ISMAR di Bologna), 3) all'isolamento di batteri potenzialmente degradanti inquinanti come PCB (Giannarelli S., Università di Pisa) e PAH, 4) alla valutazione di bloom fitoplanctonici e al rilevamento di specie potenzialmente tossiche (in collaborazione con Caroppo C., IRSA di Taranto), e 5) alla valutazione della componente microbica (attività, funzioni e composizione) in un'area prossima ai ghiacciai, grazie all'applicazione su campo di un multi campionatore di acqua, prodotto in collaborazione con i colleghi del CNR dell'INM (Caccia M., Bruzzone G.) che hanno sperimentato diversi Autonomous Underwater Vehicles (AUVs). Quest'ultima tematica di ricerca costituisce sicuramente un challenge per studi futuri in quanto consente di acquisire dati ambientali e biologiciin siti inaccessibili all'uomo per problemi legati alla logistica e al campionamento in sicurezza.

Il capitolo tratta dei metodi di analisi per lo studio della biomassa batterioplanctonica in acque marine.

Il termine picofitoplancton, o picoplancton fototrofo, definisce l'insieme degli organismi fototrofi unicellulari appartenenti alla classe dimensionale compresa tra 0,2 e 2 )llll (Sieburth et al., 1978). Il picofitoplancton è costituito sia da organismi procariotici che eucariotici. La componente procariotica è rappresentata essenzialmente da cianobatteri, principalmente ascrivibili ali' ordine delle Chroococcales, genere Synechococcus (Waterbury et al., 1979), e da proclorofite del genere Prochlorococcus (Chisholm et al., 1988). La componente eucariotica è costituita da un insieme eterogeneo di organismi appartenenti a differenti gruppi tassonomici (e.g. primnesioficee, cloroficee, prasinoficee, crisoficee) (Johnson e Sieburth, 1982; Stockner e Antia, 1986). Il picofitoplancton è presente in tutti gli ambienti acquatici; negli ambienti marini pelagici riveste un ruolo ecologico di rilievo contribuendo in maniera preponderante alla produttività primaria ed alla biomassa autotrofa di questi ecosistemi (Raven, 1998). Le tecniche più utilizzate per la stima dell'abbondanza e della biomassa del pico fitoplancton sono la microscopia ad epifluorescenza e la citometria a flusso. La microscopia ad epifluorescenza ha il vantaggio di essere di semplice applicazione e di consentire facilmente la distinzione delle cellule picofitoplanctoniche da quelle fitoplanctoniche di dimensioni maggiori e dalle particelle di detrito; la citometria a flusso, applicando ottiche molto avanzate, permette di discriminare minime variazioni qualitative e quantitative di fluorescenza ed identificare quindi anche organismi caratterizzati da autofluorescenza molto debole quali le proclorofite, difficilmente visibili in microscopia ad epifluorescenza.

Il programma nazionale VECTOR ha come obiettivo principale lo studio degli impatti dei cambiamenti climatici sull'ambiente marino mediterraneo e il ruolo di questo bacino nel ciclo planetario della CO2. In tale ambito, nel periodo maggio-giugno 2007, è stata effettuata una campagna oceanografica lungo un gradiente latitudinale (dall'Atlantico al Mediterraneo Orientale), durante la quale è stato acquisito un data-set di parametri chimici, fisici e biologici e sono state effettuate misure concomitanti di produzione primaria e di respirazione. L'analisi dei dati riguardanti i comparti microbici, autotrofo ed eterotrofo, che svolgono un ruolo chiave nel determinare il flusso di carbonio nelle reti trofiche pelagiche nella zona fotica, ha evidenziato: o pressoché totale rimozione di nutrienti inorganici fino alla profondità del DCM con prevalenza, in questo strato, di DON e DOP; o modeste concentrazioni di biomassa fitoplanctonica in tutto il bacino e la presenza di un DCM più profondo nel bacino orientale (90 - 110 m); o la dominanza nel popolamento fitoplanctonico, in termini di biomassa, di dinoflagellati e di fitoflagellati; o la presenza di un gradiente trofico longitudinale in termini di produzione e respirazione; o la dominanza (70%) della frazione pico-fitoplanctonica nei processi di produzione primaria; o l'alta diversità chemotassonomica delle comunità fitoplanctonica e, principalmente, picoplanctonica; o la prevalenza, nei DCM di alcune stazioni, della frazione dimensionale micro- e nano-fitoplanctonica, caratterizzata soprattutto da diatomee (es. Chaetoceros); o elevati tassi di produzione primaria nel Mar Ligure non compensati dai processi di respirazione (rapporto P/R = 4,9). Sulla base dei risultati ottenuti sarà discusso il trofismo delle aree investigate in relazione ai processi di avvezione orizzontale e di mescolamento verticale delle differenti masse d'acqua, al fine di valutarne, in maniera preliminare, il ruolo nel ciclo del carbonio.

La distribuzione verticale della respirazione del microplancton, determinata quantificando l'attività del sistema di trasporto degli elettroni (ETS), è stata studiata nell'epi-, meso- e batipelago del Mar Tirreno (Mar Mediterraneo). I dati ETS determinati nell'epipelago sono stati calibrati con delle misure al buio di utilizzazione comunitaria dell'ossigeno in vitro [OUR (l O2 h-1 dm-3)=0,661 x ETS - 0,023] ottenute dai medesimi campioni d'acqua. Usando questa relazione per i dati ETS registrati nell'epipelago (0

The aim of the study was to elucidate the microbial processes related to C and P biogeochemical cycles which occur at the surface layer (5-100 m) of the Ionian Sea during late autumn period. Two successive steps, concerning respectively the enzymatic hydrolysis of proteins, polysaccharides and organic phosphates and the incorporation of the released monomers into new microbial biomass were investigated, together with the abundance and biomass of total bacterioplankton and picophytoplankton and measurement of chlorophyll-a content as an index of phytoplankton biomass. Three main hydrological areas (Central Eastern -ICOr, Central- IC and Central-Western-Sicily Channel -ICOc-CS) with distinctive characteristics were identified by the analysis of 6 microbiological variables. ICOc-CS area was characterised by the highest values of microbial activity (production and decomposition) and consumption of inorganic phosphorus (Pi). IC area showed high potential mineralisation rates of organic phosphates and glycosides, while low total bacterioplankton and picophytoplankton abundances were found. In IC and ICOr areas, the high values of potentially mineralised Pi: consumed Pi ratio (59 and 250 respectively) provide the supply of Pi for further productive processes.

Durante l'ultimo secolo la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera è aumentata dai livelli pre-industriali agli attuali di circa il 25%. Il risultante rinforzo dell'effetto serra è stato parzialmente tamponato dai vari sistemi terrestri ed in particolare un ruolo chiave lo hanno avuto gli oceani. In questo studio viene riportato un andamento decennale del sequestro di anidride carbonica nel Mar Ionio durante l'evoluzione dell'evento climatico "Transiente". Le giovani e più ossigenate acque fuoriuscite dall'Egeo, hanno convogliato il proprio carico organico preformato nello Ionio, consentendo al biota marino profondo di incrementare in pochi anni l'efficienza di sequestro della CO2 di circa quattro volte. Gli elevati tassi di remineralizzazione registrati hanno riportato in pochi anni il tenore di O2 ai livelli delle acque di origine adriatica residenti nella situazione pre-Transiente, con probabili implicazioni future di un avvento di anossia.

I processi microbici coinvolti nei cicli biogeochimici sono stati investigati nel Mediterraneo come strumento di valutazione per i cambiamenti climatici globali. Il Mediterraneo è risultato un ecosistema particolarmente sensibile alla variabilità climatica ed instabile nei suoi equilibri trofici. Negli strati profondi, è stato enfatizzato il contributo microbico al metabolismo eterotrofico in relazione alle dinamiche circolatorie e alla disponibilità di sostanza organica da degradare. Negli strati fotici, è stata osservata un'alternanza stagionale tra metabolismo autotrofico ed eterotrofico. Tale evidenza suggerisce che fasi climatiche di raffreddamento e di riscaldamento, stimolando in maniera contraria e opposta la comunità microbica, potrebbero portare il Mediterraneo ad agire rispettivamente come sink o source di CO2.

I processi microbici coinvolti nei cicli biogeochimici sono stati investigati nel Mediterraneo come strumento di valutazione per i cambiamenti climatici globali. Il Mediterraneo è risultato un ecosistema particolarmente sensibile alla variabilità climatica ed instabile nei suoi equilibri trofici. Negli strati profondi, è stato enfatizzato il contributo microbico al metabolismo eterotrofico in relazione alle dinamiche circolatorie e alla disponibilità di sostanza organica da degradare. Negli strati fotici, è stata osservata un'alternanza stagionale tra metabolismo autotrofico ed eterotrofico. Tale evidenza suggerisce che fasi climatiche di raffreddamento e di riscaldamento, stimolando in maniera contraria e opposta la comunità microbica, potrebbero portare il Mediterraneo ad agire rispettivamente come sink o source di CO2.

Le aree di transizione sono ambienti estremamente complessi e diversificati, la cui connotazione, oltre che dalla posizione intermedia fra il dominio marino e quello continentale, è definita da una elevata variabilità spaziale e/o temporale delle caratteristiche mesologiche, sedimentarie, trofiche ed ecologiche. Inoltre, la dinamicità dei processi trofici e della funzionalità del comparto primario, determinano, già nel breve-medio periodo, evidenti modificazioni nella composizione e struttura dei popolamenti planctonici e bentonici. L'insieme di queste caratteristiche fa sì che le Aree di Transizione siamo ambienti privilegiati per lo studio dei processi ambientali, in funzione della valenza diagnostica del monitoraggio integrato delle dinamiche evolutive di questi sistemi Sin dagli anni 70 il nostro gruppo di ricerca conduce, in varie aree di transizione della Sicilia, indagini a carattere ecosistemico, mirate alla definizione delle caratteristiche chimico-fisiche delle acque e dei sedimenti (serie temporali di T°C, salinità, ossigeno, tessitura dei sedimenti, ecc.), alla valutazione dello stato trofico (incidenza di Clorofilla, Carbonio organico ed inorganico, Produzione Primaria, Sali nutritivi, ecc.), nonché all'evoluzione spazio-temporale dei popolamenti microplanctonici, fitoplanctonici e bentonici. Il nostro interesse scientifico per gli ambienti di transizione, si è concretizzato nel corso dell'ultimo trentennio, in una serie di progetti interdisciplinari (Progetto Finalizzato Beni Culturali CNR, VECTOR, LOICZ-LaguNet: Italian Lagoon Observational Network, EU-Strategy: Harmful Algal Blooms Monitoring, ARPA- Monitoraggio dei corpi idrici superficiali della Regione Sicilia, ecc.), oltre che in una costante attività di interazione e collaborazione con le Amministrazioni Locali. Nel corso della pluriennale attività scientifica sono state affrontate diverse tematiche di ricerca, quali: Studio dei processi trofici, Effetti dell'inquinamento da idrocarburi sulle comunità bentoniche, Analisi dei fattori di alterazione ambientale, Fattori di stress e crisi distrofiche, Studio dei fenomeni HABs, Particellato sospeso e ruolo della CO2 , ecc.. Nell'ultimo decennio il nostro interesse scientifico è stato rivolto all'analisi comparata dei dati recenti con le serie storiche già acquisite, utilizzando il monitoraggio come chiave di lettura delle dinamiche evolutive dei sistemi di transizione, in funzione di una maggiore capacità di analisi e di interpretazione dei processi globali. Nei progetti attualmente in corso l'approccio ecosistemico di indagine è stato ulteriormente potenziato attraverso una maggiore integrazione con competenze scientifiche di altre sedi IAMC, da cui sono scaturite ipotesi percorribili per una futura programmazione scientifica integrata, finalizzata alla ricerca ed interpretazione di nuovi indici di valutazione ambientale, specifici per questi peculiari ambienti.

Nell'ambito del progetto Cluster 10, SAM è stata condotta una crociera oceanografica nel golfo di Augusta (SR) a bordo della N/O Thetis, per definire le condizioni oceanografiche e trofiche del sistema costiero.

Spatio-temporal variations of both proteolytic and respiratory activities, microbial processes involved in the degradation of the organic matter, were studied in two different areas of the Northern Adriatic Sea (A area, located in front of the Po delta, and B area, near Ancona) within the CNR-MURST Prisma 2 project «Biogeochemical cycles». Enzymatic activity levels showed mostly a coast-offshore gradient and appear to be strongly affected by salinity values throughout the studied period, rising in the presence of diluted waters, whereas temperature affects positively the activities only in warm periods. The study showed the presence of high variability between the two areas and, within each area, along the water column, between upper and bottom layers. Interannual variations occurred also during the sampling periods. The observed changes in the microbial activities are not always related to bacterial density.