Compositional homeostasis of the dinoflagellate Protoceratium reticulatum grown at three different pCO2

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Oggetto del lavoro (traduzione)

Gli organismi fotosintetici sono di gran lunga la via d'ingresso principale nella biosfera, per l'energia e il carbonio. La metà dell'attività fotosintetica ha luogo in mare, soprattutto ad opera del fitoplancton. Le modalità attraverso cui questi organismi risponderanno ai cambiamenti globali che stanno interessando il nostro pianeta avrà dunque ricadute dirette e inevitabili sul resto dei viventi.

Nel mondo che ci aspetta, la CO2 atmosferica avrà tenori notevolmente più alti di quelli attuali. Questo presumibilmente indurrà i fitoplanctonti ad un diverso uso delle risorse disponibili e a una loro diversa ripartizione tra le componenti cellulari. E' evidente che questo si ripercuoterà sul funzionamento degli ecosistemi di cui il fitoplancton è parte.

In questo articolo, abbiamo studiato le risposte nella fisiologia e nella composizione cellulare di Protoceratium reticulatum, una dinoflagellata potenzialmente tossica, in seguito all'esposizione a medio termine a un incremento di CO₂.

I parametri fisiologici studiati sono stati i tassi di crescita, la taglia cellulare, i tassi fotosintetici e respiratori, alcune attività enzimatiche chiave. La composizione cellulare è stata valutata con metodi analitici tradizionali e mediante spettroscopia FTIR (vedi Giordano et al. 2001, Journal of Phycology 37: 271-279).

Dopo un incubazione prolungata per 3 generazioni a pCO₂ di 390 ppm (pCO₂ atmosferica attuale), 1000 ppm (pCO₂ attesa per la fine del secolo) e 5000 ppm, i parametri fisiologici hanno mostrato incrementi significativi, ma la composizione cellulare è rimasta pressoché invariata.

E' percezione comune che gli organismi (specialmente i microrganismi) rispondano a variazioni ambientali modificando il proteoma espresso, ovvero acclimatandosi alla nuova condizione. In questo articolo, proponiamo che l'omeostasi delle componenti cellulari organiche sia una strategia alternativa e in alcuni casi preferibile per la gestione di perturbazioni ambientali. L'omeostasi di composizione è presumibilmente particolarmente vantaggiosa quando le perturbazioni sono transitorie e di durata breve relativamente ai tassi di crescita degli organismi. Questo perché, per quanto le risposte regolatorie e di acclimatazione possano essere messe in atto rapidamente, il loro costo potrebbe essere superiore ai benefici, quando i cambiamenti ambientali abbiano luogo per un tempo insufficiente allo sfruttamento dei vantaggi fisiologici da esse conferiti.

Job task

Photosynthetic organisms are by far the main the entryway of C and energy into the biosphere. About 50% of photosynthetic activity takes place in the ocean, mostly thanks to phytoplankton. The comprehension of the response of these organisms to our changing planet is therefore of paramount importance.

In the CO₂-richer world that awaits us, the impact of elevated pCO₂ on the acquisition and allocation of resources in phytoplankton may have profound repercussions on the physiology of the microalgae and on the ecology of the ecosystems of which they are part. We studied the overall physiology and cell composition of the potentially toxic dinoflagellate Protoceratium reticulatum subjected to a medium-term increase of CO₂.

The physiological responses investigated were growth rates, cell size, photosynthetic and respiratory rates, and key enzyme activities. Cell composition was assessed by conventional analytical methods and FTIR spectroscopy (see Giordano et al. 2001, Journal of Phycology 37: 271-279). 

After 3 generations of incubation at current atmospheric, high and very high pCO₂ (380, 1000, 5000 ppm CO₂), growth, photosynthesis, and dark respiration rates increased significantly, but the internal composition was only slightly affected.

It is commonly assumed that organisms (especially unicellular organisms) always respond to environmental changes by modifying their expressed proteome, i.e. by acclimation. In this paper, we propose that homeostasis of cell organic composition is an alternative and, under certain circumstances preferable strategy that organisms can use to tackle environmental perturbations. Homeostasis may be especially effective when the perturbations are transitory and of a duration that is short relative to the growth rate of the organism. The reason for this is that, although regulatory and acclimation responses can occur very quickly, their cost can overcome their benefit when environmental changes occur over a time that is insufficient to exploit the acquired physiological advantage.

Referente:

Prof. Mario Giordano

Professore Associato

Dipartimento Scienze del Mare

Facoltà di Scienze

 

Tel. 071 2204652

m.giordano@univpm.it