La luce rossa deprime la fotosintesi e la densità di zooxantelle sul corallo duro (Stylopora pistillata)
Articolo originale open-source, di cui proponiamo una traduzione che riassume i punti principali:
“Red light represses the photophysiology of the scleractinian coral Stylophora pistillata”
Tim Wijgerde mail, Anne van Melis, Catarina I. F. Silva, Miguel C. Leal, Luc Vogels, Claudia Mutter, Ronald Osinga
Published: March 21, 2014 - DOI: 10.1371/journal.pone.0092781
Abstract
Lo spettro luminoso gioca un ruolo chiave nella biologia dei coralli simbionti, in particolare la luce blu ha dimostrato di generare una maggiore crescita dello scheletro, una maggiore densità di zooxantelle, un maggiore contenuto di clorofilla a (maggiore NDVI, ovvero Normalized Difference Vegetation Index) e un superiore rateo di fotosintesi rispetto alla luce rossa.
Tuttavia rimane ancora da chiarire se questi processi fisiologici siano stimolati dal blu o repressi dal rosso. Questo studio investiga gli effetti della luce blu, della luce rossa e della loro combinazione sulla salute generale, la densità di zooxantelle, la fotofisiologia e la colorazione del corallo duro della specie Stylophora pistillata per una durata di 6 settimane.
I frammenti di corallo asportati dalla colonia madre sono stati esposti a luce blu, rossa e alla combinazione delle stesse 50/50% a due livelli di intensità, 128 e 256 μmol m−2 s−1 rispettivamente.
Lo spettro luminoso ha inciso pesantemente sulla salute, la densità di zooxantelle e addirittura sul rateo di sopravvivenza dei campioni.
Gli esemplari esposti a luce blu sono risultati più sani, con maggiore fotosintesi e zooxantelle, quelli esposti a luce combinata hanno mostrato risultati intermedi, mentre quelli esposti a luce rossa hanno mostrato cattiva salute, rateo di sopravvivenza minore, segni di necrosi dei tessuti durante la sesta settimana.
Metodo sperimentale e materiali
La sperimentazione si è svolta presso la Wageningen University in Olanda.
I 70 campioni di corallo sono stati forniti da “Burgers’ Zoo BV” e sono stati suddivisi in 7 gruppi da 10 esemplari: due gruppi per la luce blu, due per la luce rossa, due per la luce mista, un gruppo di controllo invece è rimasto illuminato con luce bianca/blu mediante lampade T5, così come era stato allevato il corallo originale per i 5 anni precedenti.
Le talee di corallo sono state ricavate dalle punte di crescita, sono lunghe circa un centimetro e sono state fissate su supporti in PVC mediante cianoacrilato.
Dopo la taleazione sono state messe a riprendersi per 7 settimane prima dell’inizio dell’esperimento in una vasca da 400 litri illuminata da otto lampade T5 da 54W (fotoperiodo 12 ore) e con movimento di 8.000 litri/ora garantito da una pompa Tunze 6085.
Fig. 1: spettri luminosi utilizzati nell’esperimento, in alto a sx BLU, in alto a dx ROSSO, in basso a sx BLU/ROSSO, in basso a destra illuminazione T5 bianca di controllo.
La luce blu e rossa sono state fornite utilizzando led realizzati su misura per l’Università di Wageningen dalla Philips NV; la luce bianca di controllo invece è stata fornita da 4x80W T5.
Le vasche sperimentali sono state collegate ad un sistema da 3000 litri con valori di salinità, Ca, Kh, Mg, inquinanti regolati e controllati giornalmente.
Il livello di irraggiamento (PAR, ovvero lunghezza d’onda compresa fra 400 e 700 nm) è stato controllato in situ attorno agli esemplari ad intervalli di 10 cm per ogni gruppo, usando un sensore waterproof LI-COR 192SA (LI-COR, Lincoln, USA).
Fig. 2: I valori di densità di zooxantelle e NDVI rilevati sperimentalmente durante le sei settimane.
Risultati
Durante l’esperimento, i coralli hanno mostrato differenti stati di salute e addirittura differenze nel rateo di sopravvivenza fra un tipo di illuminazione e l’altro.
Dopo la terza settimana, i coralli cresciuti ad intensità luminosa di 256 μmol m−2 s−1 sotto luce rossa/blu e luce rossa hanno iniziato a mostrare segni di necrosi dei tessuti, che è continuata fino a provocare la morte degli esemplari dalla quarta settimana in poi.
La necrosi, che ha portato alla morte gli esemplari verso la fine dell’esperimento, si è verificata anche negli esemplari esposti a luce rossa e bianca di controllo ad intensità ridotta di 128 μmol m−2 s−1.
I coralli esposti alla luce blu non hanno invece mostrato alcun segno di necrosi, indipendentemente dall’intensità luminosa applicata.
Densità di zooxantelle
La densità di zooxantelle alla fine della sesta settimana variava da 0.97±0.62×106 a 2.65±0.95×106 cellule per grammo di coralli ed è stata significativamente condizionata dallo spettro luminoso applicato agli esemplari.
In aggiunta, è stato identificato un trend di correlazione fra il numero di zooxantelle e lo spettro/intensità luminosa applicati, trend per cui i coralli esposti a luce blu hanno mostrato una densità di zooxantelle significativamente più alta rispetto agli altri e, restringendo il campo alla sola luce blu, una maggiore intensità di luce ha prodotto densità maggiori di zooxantelle.
Riguardo alla luce rossa invece, è stato notato il trend opposto; ovvero maggiori intensità di luce rossa hanno dato luogo a minore densità di zooxantelle.
Fig. 3: densità di zooxantelle negli esemplari sottoposti ai vari tipi di luce. La colonna in nero per l’intensità 128, quella in grigio per l’intensità 256.
Colorazione
Tutti gli esemplari sono stati fotografati alla fine della sesta settimana per documentare visibili modificazioni della loro colorazione. I coralli cresciuti sotto illuminazione bianca 128, rossa 128, blu/rosso 256 hanno mostrato una aumentata pigmentazione dei tentacoli dei polipi. In aggiunta, i coralli esposti a luce blu/rosso 256 hanno mostrato una leggera colorazione arancio/gialla del tessuto.
Nonostante la presenza di coralli necrotici e morti alla fine del periodo di sei settimane, i coralli rimasti presentavano tessuto apparentemente sano, senza segni di bleaching.
Fig. 4: Gli esemplari sottoposti a luce blu (sx), rossa (al centro) e blu/rossa (dx); la figura a dx in alto è l’esemplare di controllo sotto luce bianca.
Conclusioni
Lo studio ha rivelato distinti effetti dello spettro luminoso e dell’irraggiamento sulla salute e sulla sopravvivenza dei coralli esposti, sulla densità delle alghe simbionti, sulla fotofisiologia e la colorazione del corallo Stylophora pistillata.
E’ evidente che la luce rossa esercita un effetto inibitorio sulla densità di zooxantelle e sul NDVI, rivelatore del contenuto di clorofilla a.
La salute e la sopravvivenza dei coralli sono stati pesantemente influenzati dallo spettro luminoso, con tasso di sopravvivenza del 100% per i coralli esposti a luce blu a prescindere dal livello di intensità.
L’unico trattamento che ha provocato necrosi e/o mortalità è quello che prevedeva la luce rossa, da sola o in combinazione con altre fonti. Non si è avuta necrosi o mortalità quando il rosso aveva intensità inferiori a 64 μmol m−2 s−1, il che lascia intendere che il rosso sia tollerato solo a bassa intensità e diventi dannoso per S. pistillata oltre la soglia di 128.
I meccanismi dietro l’effetto inibitore della luce rossa potrebbero essere collegati ai fitocromi sensibili al rosso, che regolano molti processi nelle piante, inclusa la biosintesi della clorofilla e che sono stati identificati nelle zooxantelle. Inoltre, la luce blu è favorevole alla salute, alla sopravvivenza, alla densità di alghe simbionti e NDVI in S. pistillata.
Questo ruolo fondamentale della luce blu per la salute del corallo olobionte può essere basata sui criptocromi sensibili al blu, che sono implicati nel ritmo della regolazione circadiana, nella riproduzione sessuale dei coralli e nel ciclo cellulare dei dinoflagellati.
Infine, con riferimento all’allevamento in cattività, i risultati di questa ricerca potrebbero essere di aiuto, avendo individuato che una sorgente luminosa con spettro concentrato nella banda dei blu sembra essere la più adatta all’allevamento di S. pistillata.
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