Come i minuscoli fitoplancton percorrono lunghe distanze verso l'alto nell'oceano

È una delle migrazioni più massicce sulla Terra: una enorme biomassa di minuscoli plancton che viaggiano dal profondo del mare verso la superficie. Tuttavia, non tutti questi organismi hanno arti per spingersi verso l'alto. Quindi come alcuni di loro riescono a compiere un così lungo viaggio 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 le proprie dimensioni originali. Il processo riduce la densità e permette al fitoplancton di galleggiare verso l'alto come un palloncino ad elio, come riportato dal bioingegnere Manu Prakash e dai suoi colleghi dell'Università di Stanford il 17 ottobre su Current Biology.

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"Questo è unico", dice Andre Visser, un oceanografo del Politecnico di Danimarca a Kongens Lyngby. "In realtà hanno dimostrato un nuovo modo in cui queste cellule possono rimanere galleggianti o restare vicine alla superficie."

Il team ha raccolto campioni d'acqua circa 160 chilometri al largo delle coste delle Hawaii, cercando e osservando il comportamento del Pyrocystis noctiluca. Questi fitoplancton unicellulari di 1 millimetro, meglio conosciuti per la loro bioluminescenza, compiono un viaggio unico nella vita da circa 125 metri di profondità a circa 50 metri, dove c'è più luce solare di cui hanno bisogno per fotosintetizzare. Viaggi del genere per il fitoplancton possono durare giorni, a differenza degli animali minuscoli, o zooplancton, che di solito fanno il viaggio quotidianamente.

In laboratorio, il team ha utilizzato speciali microscopi che mettono 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 per la realtà virtuale per singole cellule", dice Prakash.

Il 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 viaggiando verso l'alto lungo la colonna d'acqua, ha scoperto il team. Alla fine del suo ciclo di vita di sette giorni, la cellula inizia a dividere in due cellule figlie mentre affonda. Quando la divisione è completata, le due nuove cellule si gonfiano riempiendosi d'acqua di mare - gonfiandosi fino a sei volte le loro dimensioni originali in circa 10 minuti. E così il ciclo ricomincia.

I ricercatori ipotizzano che la cellula diventi meno densa e più galleggiante poiché le proteine aquaporine nella cellula filtrano il sale denso dall'acqua di mare entrante. "In questo modo, si può avere molto materiale meno denso che affluisce nella cellula, consentendole di essere meno densa dell'acqua di mare circostante", dice Adam Larson, bioingegnere di Stanford.

Il calcio nell'acqua di mare potrebbe svolgere un ruolo nel provocare e rendere possibile tale trasformazione, suggeriscono gli esperimenti utilizzando acqua di mare con e senza calcio.

La gonfiatura non aiuta solo il fitoplancton a risalire. "Diventare grandi ha enormi conseguenze anche per altre parti della loro vita", osserva Visser. "Le cellule più grandi tendono ad avere un rischio di predazione più basso. Ci sono meno cose che possono mangiarle." Aiuta anche nell'assorbimento di nutrienti e nella fotosintesi: una superficie più grande consente alla cellula di catturare più luce solare.