Si tratta di una delle migrazioni più massicce sulla Terra: un’enorme biomassa di minuscolo plancton che viaggia dalle profondità del mare verso la superficie. Eppure non tutti questi organismi hanno arti per spingersi verso l’alto. Quindi, come alcuni di loro riescano a intraprendere un viaggio così lungo è stato un mistero.

Ora, un team di ricercatori ha dimostrato che una specie di fitoplancton ha una soluzione ingegnosa: gonfiarsi fino a sei volte la sua dimensione originale. Il processo riduce la sua densità e gli permette di fluttuare verso l’alto come un palloncino di elio, riferiscono il bioingegnere Manu Prakash e i suoi colleghi della Stanford University il 17 ottobre su Current Biology.

“Questo è unico”, afferma Andre Visser, oceanografo presso l’Università tecnica della Danimarca a Kongens Lyngby. “Hanno effettivamente fatto un caso per un nuovo modo in cui queste cellule possono effettivamente rimanere galleggianti o rimanere vicino alla superficie”.

Il team ha raccolto campioni d’acqua a circa 160 chilometri al largo della costa delle Hawaii, cercando e osservando il comportamento di Pyrocystis noctiluca. Questo fitoplancton unicellulare lungo 1 millimetro, meglio conosciuto per la sua bioluminescenza, compie un viaggio irripetibile da circa 125 metri di profondità a circa 50 metri, dove c’è più luce solare di cui hanno bisogno per fotosintetizzare. Tali viaggi per il fitoplancton possono richiedere giorni, a differenza dei piccoli animali, o zooplancton, che di solito fanno il viaggio su base giornaliera.

In laboratorio, il team ha utilizzato microscopi speciali che hanno posizionato il fitoplancton su una sorta di “tapis roulant idrodinamico” per ricreare il movimento della cellula che viaggia lungo la colonna d’acqua. “Questo è un po’ come una macchina di realtà virtuale per singole cellule”, dice Prakash.

P. noctiluca è più denso dell’acqua di mare e dovrebbe affondare. Ma all’inizio del suo ciclo di vita, si gonfia, riducendo la sua densità e risalendo la colonna d’acqua, ha scoperto il team. Alla fine del suo ciclo di vita di sette giorni, la cellula inizia a dividersi in due cellule figlie mentre affonda. Quando la divisione è completata, le due cellule neonate si gonfiano riempiendosi di acqua di mare, gonfiandosi fino a sei volte la loro dimensione originale in circa 10 minuti. E così il ciclo ricomincia.

I ricercatori ipotizzano che la cellula diventi meno densa e più galleggiante man mano che le proteine dell’acquaporina nella cellula filtrano il sale denso dall’acqua di mare in entrata. “In questo modo, è possibile avere materiale molto meno denso che inonda la cellula, rendendola in grado di essere meno densa dell’acqua di mare circostante”, afferma il bioingegnere di Stanford Adam Larson.

Il calcio nell’acqua di mare potrebbe svolgere un ruolo nell’innescare e rendere possibile tale trasformazione, suggeriscono gli esperimenti con acqua di mare con e senza calcio.

L’inflazione non aiuta solo l’aumento del fitoplancton. “Diventare grandi in realtà ha enormi conseguenze per altre parti della loro vita”, osserva Visser. “Le cellule più grandi tendono ad avere un rischio di predazione inferiore. Ci sono meno cose che possono mangiarli”. Aiuta anche con l’assorbimento dei nutrienti e la fotosintesi: una superficie più grande consente alla cellula di catturare più luce solare.

Citazioni

A.G. Larson et al. Motilità indotta dall’inflazione per la migrazione verticale a lunga distanza. Biologia attuale. Pubblicato online il 17 ottobre 2024. DOI: 10.1016/j.cub.2024.09.046

K. Wirtz e S. Lan Smith. La migrazione verticale da parte del fitoplancton sostiene la biodiversità e l’apporto di nutrienti alla superficie dell’oceano. Rapporti scientifici. Pubblicato online il 24 gennaio 2020. DOI: 10.1038/s41598-020-57890-2