Marine Science Group
Dal 1997 Marine Science Group si occupa di studiare la biologia ed ecologia di invertebrati calcificanti (coralli e molluschi) e vertebrati (pesci) marini, temperati e tropicali, in relazione ai cambiamenti climatici. L’aumento di anidride carbonica responsabile del surriscaldamento e dell’acidificazione dei mari influenza processi chiave degli organismi che compongono la biodiversità marina, come riproduzione, calcificazione, fotosintesi, accrescimento e dinamica di popolazione. Gli effetti dell’ambiente sui processi biologici vengono studiati tramite esperimenti in campo, in ambiente controllato (acquario) ed in laboratorio. L’immersione subacquea scientifica è uno degli strumenti di ricerca principali utilizzati da Marine Science Group per la raccolta dati.
Dal 1999 Marine Science Group si occupa di monitoraggio della biodiversità marina mediterranea e del Mar Rosso tramite il coinvolgimento di volontari (Recreational Citizen Science). I dati raccolti confluiscono in modelli previsionali dell’impatto dei cambiamenti climatici sulla biodiversità marina, applicabili alla gestione e conservazione delle risorse naturali.
Negli ultimi anni, Marine Science Group sta promuovendo percorsi di sensibilizzazione ambientale attraverso un metodo di partecipazione basato sull'aspetto ricreativo del turismo. L’obiettivo è di aumentare il livello di consapevolezza ambientale dei turisti coinvolti nel progetto.
Il ciclo riproduttivo di coralli mediterranei, regolato da variazioni stagionali della temperatura dell’acqua e del fotoperiodo, viene caratterizzato mediante tecniche istologiche, microscopia ottica e software di analisi d’immagine. Vengono identificate e quantificate le cellule germinali, individuando le fasi di maturazione, il periodo di fecondazione e l’embriogenesi che culmina con la planulazione di nuovi individui. Le analisi vengono svolte in popolazioni caratterizzate da diverse condizioni ambientali, per verificare la loro influenza sulle caratteristiche riproduttive.
La macro-morfologia di scheletri di coralli, conchiglie di molluschi e otoliti di pesci è analizzata lungo il ciclo vitale dell’animale. L’età può essere determinata tramite sclerocronologia: l’osservazione di bande annuali di accrescimento che può avvenire ad occhio nudo, tramite microscopia ottica o con tecniche radiologiche (es. tomografia computerizzata). Tramite misurazioni in mare o applicando modelli matematici, i tassi di accrescimento degli organismi vengono determinati lungo l’intero arco della loro vita. Analizzando la struttura demografica delle popolazioni studiate, si stimano parametri come il tasso di mortalità, la vita media, e la produttività. Tutte queste caratteristiche sono comparate tra popolazioni caratterizzate da diversi parametri ambientali.
La micro-morfologia di scheletri, conchiglie e otoliti viene studiata in termini di porosità e densità dei cristalli di carbonato calcio che li compongono. Vengono svolti studi sulla porosità tramite pesate idrostatiche e risonanza magnetica nucleare nel dominio temporale (TD-NMR), per ottenere informazioni su quantità e dimensione dei pori. L’indagine delle proprietà meccaniche conferite da diverse macro- e micro-morfologie è svolta tramite tecniche di nanoindentazione strumentata, misurando durezza (resistenza alla deformazione plastica) e modulo elastico di Young (risposta in regime di deformazione reversibile).
Il processo con cui coralli, molluschi e pesci producono scheletri, conchiglie e otoliti è detto calcificazione ed è regolato da una matrice organica che influenza l’organizzazione dei cristalli di carbonato di calcio. Per studiare questo processo ancora poco noto vengono svolte analisi su scheletri, conchiglie e otoliti ed esperimenti di cristallizzazione in vitro. Le analisi microscopiche (SEM), spettroscopiche infrarosse (FTIR), diffrattometriche a raggi X (XRD), e termogravimetriche (TGA) determinano la tessitura cristallina, la composizione dei biominerali e quantificano la matrice organica contenuta. Esperimenti di cristallizzazione in vitro in diverse condizioni ambientali determinano il grado di controllo biologico esercitato sul processo.
I meccanismi molecolari che regolano l’assorbimento di carbonato di calcio dall’acqua di mare, la formazione dei cristalli di minerale, e controllano la forma e le proprietà strutturali di scheletri e conchiglie vengono studiati mediante tecniche di next generation sequencing e PCR quantitativa real time.
I tassi di autofecondazione sono studiati utilizzando tecniche di biologia molecolare su sequenze microsatellitari del DNA dell’animale, che permettono di valutare le differenze genetiche tra individui adulti e le loro rispettive progenie. È, inoltre, possibile stimare la variabilità genetica e la connettività tra popolazioni.
Il monitoraggio della biodiversità marina è svolto coinvolgendo volontari (metodo citizen science) nella raccolta di dati relativi a presenza e abbondanza di specie marine chiave. Per valutare l’affidabilità dei dati, si confrontano le informazioni registrate dai volontari con quelle di biologi marini professionisti. La successiva elaborazione dei dati permette l’individuazione di variazioni spaziali e temporali dello stato di salute dell’ambiente monitorato. Parallelamente, viene anche valutata l’efficacia di programmi di educazione ambientale nel migliorare la consapevolezza ambientale e il comportamento dei turisti nei confronti dell’ambiente.
Collaborazioni nazionali
Dott. Daniele Scarponi, BiGeA; Dott. Marco Stagioni, Laboratorio di Biologia Marina e Pesca di Fano, BiGeA; Prof. Elena Fabbri, Dr. Silvia Franzellitti, Fisiologia Ambientale ed Animale, BiGeA; Prof. Marco Candela, Dr. Elena Biagi, Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie; Prof. Giuseppe Falini, Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”; Prof. Paola Fantazzini, Dr. Leonardo Brizi, Dipartimento di Fisica e Astronomia; Prof. Giulio Zanaroli, Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali; Dott. Fabio Badalamenti, Dott. Paolo Montagna, Dott. Mauro Marini, Dott. Emanuela Frapiccini, Consiglio Nazionale delle Ricerche; Dott.ssa Nuria Teixido, Dr. Luigi Musco, Stazione Zoologica Anton Dohrn Napoli.
Collaborazioni internazionali
Prof. Giacomo Bernardi (University of California, USA); Prof.ssa Monica Bullejos (Università di Jaén, Spagna); Prof. Nanette Chadwick (Auburn University, USA); Prof. Zvy Dubinsky (Bar Ilan University, Israele); Dott.ssa Katharina Fabricius, (Australian Institute of Marine Science, Australia); Prof. Jaap Kaandorp, (University of Amsterdam, Paesi Bassi); Prof. Todd C. LaJeunesse (Pennsylvania State University, USA); Prof. Howard Lasker, Prof. Mary Alice Coffroth, (State University of New York, USA); Dott.ssa Tali Mass (University of Haifa, Israele); Dott. Baris Ozalp, (Canakkale Onsekiz Mart University, Turchia); Prof. Aldo Shemesh, (Weizmann Institute of Science, Israele); Dott. Alexis Terrón-Sigler, (Universidad de Sevilla); Prof. Christian Voolstra (King Abdullah University of Science and Technology, Saudi Arabia); Dott.ssa Marlene Wall (GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel, Germania).