Quando il mare si illumina

La bioluminescenza è diffusa in tutti gli oceani, dalle acque superficiali fino agli abissi più oscuri. Già nel XVII secolo i naturalisti descrivevano il misterioso bagliore notturno del mare, ma solo nel Novecento si è compreso che quell’affascinante luminescenza è il risultato di una reazione chimica. Oggi sappiamo che numerose specie sono in grado di emettere luce, e la varietà degli esseri viventi coinvolti è sorprendente: batteri simbionti, alghe unicellulari, meduse, crostacei, calamari e molti pesci delle profondità oceaniche.

“Una molecola chiamata luciferina, ossidandosi grazie all’enzima luciferasi, libera energia sotto forma di fotoni. Sebbene il principio sia comune, il complesso luciferina-luciferasi varia tra le diverse specie, dando origine a sfumature luminose differenti. Il risultato è una luce fredda, priva di calore, che assume prevalentemente tonalità blu, verdi o, più raramente, rosse. Questa gamma cromatica non è casuale: il blu e il verde penetrano meglio nell’acqua, rendendo la luce visibile anche a grandi profondità. Alcuni organismi, inoltre, utilizzano filtri o proteine fluorescenti che modulano la tonalità, generando effetti spettacolari”, spiega Carmela Caroppo dell’Istituto di ricerca sulle acque (Irsa)del Consiglio nazionale delle ricerche.

La bioluminescenza svolge funzioni ecologiche molto diverse e spesso ingegnose. Numerosi organismi la impiegano per mimetizzarsi, annullando la propria ombra attraverso il cosiddetto contro-illuminamento. Altri la utilizzano per attirare le prede, come la celebre “esca luminosa” dei pesci abissali, o per comunicare con individui della stessa specie, soprattutto durante la riproduzione. Non mancano gli usi difensivi: improvvisi lampi luminosi possono disorientare i predatori o fungere da segnale di allarme. In molti casi, inoltre, la bioluminescenza deriva da una simbiosi con batteri che, in cambio di nutrimento e protezione, offrono all’ospite una sorgente luminosa costante.

“Finora sono state identificate 1.718 specie bioluminescenti, escludendo i batteri. La maggior parte (1.627) appartiene al regno degli animali, mentre 94 appartengono ai protisti, un gruppo eterogeneo di organismi unicellulari che comprende alghe e protozoi”, continua la ricercatrice. “Il fenomeno non è stato osservato nei funghi né nelle piante. Circa l’80% delle specie note produce autonomamente la luce, mentre il restante 20% si affida ai batteri simbionti, spesso ancora non identificati”.

Le associazioni più spettacolari si osservano nei pesci abissali, nei calamari e in alcuni crostacei, che ospitano i batteri in organi specializzati chiamati fotofori, veri e propri 'corpi illuminanti biologici'. “Tra i casi più studiati vi è il piccolo calamaro hawaiano Euprymna scolopes, che vive in simbiosi con Vibrio fischeri: i batteri producono una luce modulabile dall’animale, consentendogli di mimetizzarsi tramite contro-illuminamento e sfuggire ai predatori”, aggiunge l’esperta.

La manifestazione più spettacolare della bioluminescenza su larga scala è però quella prodotta da alcuni organismi planctonici, capaci di trasformare intere superfici marine in distese luminose. Tra questi spiccano i dinoflagellati, microrganismi unicellulari autotrofi, eterotrofi o mixotrofi, particolarmente abbondanti nella fascia illuminata delle acque costiere e di mare aperto. Delle 1.555 specie marine finora descritte, solo 68 sono bioluminescenti, ma si tratta di alcune delle più diffuse e studiate. Le loro emissioni luminose, visibili a ogni movimento o increspatura dell’acqua, possono essere osservate in determinati periodi dell’anno anche lungo alcune coste italiane. Tuttavia, queste stesse specie possono essere responsabili di fioriture algali dannose (Harmful Algal Blooms, HABs) e della produzione di biotossine, come saxitossine e yessotossine, potenzialmente pericolose per gli ecosistemi marini e la salute umana.

“La specie più nota è Noctiluca scintillans, responsabile durante il giorno delle famose “maree rosse”, dovute ai pigmenti fotosintetici, e di notte di bagliori blu quando reagisce a stimoli meccanici come onde, scie di imbarcazioni o movimenti di organismi vicini”, precisa Caroppo. “Le fioriture di N. scintillans sono frequenti in acque calde, calme e ricche di nutrienti. In Italia sono state osservate lungo le coste della Puglia, della Sardegna e nel Golfo di Trieste, ma anche in molte altre località del mondo, come Porto Rico, le Maldive e il Giappone. Nonostante la loro spettacolarità, tali fioriture possono avere effetti negativi, come il consumo di ossigeno e il rilascio di ammoniaca tossica per gli organismi viventi”.

Un altro dinoflagellato ben noto è Lingulaulax polyedra. “La sua bioluminescenza funge da deterrente per i predatori. Studi recenti hanno dimostrato che i copepodi, piccoli crostacei planctonici e suoi principali predatori, tendono ad allontanarsi quando entrano in contatto con cellule luminescenti, probabilmente a causa di una risposta di allarme indotta dalla luce. Questo meccanismo offre a L. polyedra un vantaggio competitivo, compensando la sua crescita più lenta rispetto ad altre specie fitoplanctoniche. Monitoraggi condotti per decenni hanno rivelato una correlazione positiva tra la presenza del dinoflagellato e quella dei copepodi, confermando l’efficacia di questa strategia difensiva”, spiega la ricercatrice.

Comprendere la diversità del fitoplancton e, in particolare, dei dinoflagellati è oggi fondamentale. Questi minuscoli organismi rappresentano il motore della produttività marina e svolgono un ruolo cruciale negli equilibri biogeochimici degli oceani. Proprio questa diversità include specie che, in specifiche condizioni ambientali, possono produrre tossine o generare fioriture dannose. Per questo motivo i ricercatori del Cnr dedicano grande attenzione allo studio della loro ecologia, delle condizioni che ne favoriscono la proliferazione e delle conseguenze sugli ambienti costieri.

“In questo contesto, la bioluminescenza non è soltanto un affascinante fenomeno naturale, ma anche un prezioso indicatore ecologico. Le specie luminescenti permettono di monitorare rapidamente la presenza e la dinamica delle popolazioni fitoplanctoniche, incluse quelle potenzialmente tossiche. Le loro emissioni luminose, visibili anche a grande distanza, offrono informazioni utili per comprendere i meccanismi con cui alcune specie competono, si difendono o si espandono negli ecosistemi marini”, precisa Caroppo, che conclude: “Studiare la diversità del fitoplancton e il ruolo della bioluminescenza significa dunque non solo svelare una delle manifestazioni più suggestive della vita negli oceani, ma anche migliorare la capacità di prevedere, prevenire e gestire gli eventi di fioritura dannosa. Una comprensione approfondita di questi organismi permette di tutelare la salute umana, salvaguardare la biodiversità e proteggere le attività economiche legate al mare, contribuendo a una gestione più sostenibile degli ecosistemi marini”.

Fonte: Carmela Caroppo, Istituto di ricerca sulle acque, carmela.caroppo@cnr.it