Austoni-ecologia cianobatteri-BLASCO

 

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Le fioriture di cianobatteri nei laghi: aspetti ecologici e impatto sulle attività umane Martina Austoni CNR – Istituto per lo Studio degli Ecosistemi, Verbania-Pallanza

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Introduzione I cianobatteri, conosciuti anche con il nome di alghe verde-azzurre, per la presenza al loro interno di pigmenti colorati, pur essendo procarioti, condividono alcune caratteristiche con le cellule algali eucariote tra cui la grandezza e la capacità di svolgere la fotosintesi. A differenza delle cellule eucariote algali, i cianobatteri non posseggono cloroplasti, ma tilacoidi, contenenti pigmenti quali clorofilla-a, ficocianina, ficoeritrina, carotenoidi e xantofille (Ressom et al., 1994; Duy et al., 2000). La presenza dei cianobatteri nelle acque superficiali ha origine naturale, hanno un ruolo fondamentale negli ecosistemi in cui si trovano, contribuendo alla fissazione dell’azoto atmosferico. Tuttavia, la crescente eutrofizzazione dei corpi idrici, dovuta all’aumento delle immissioni di nutrienti di origine antropica, ha favorito la loro crescita anche a livelli elevati, con la conseguente formazione di fioriture. Il problema sanitario legato alla presenza dei cianobatteri è dovuto alla loro capacità di produrre sostanze tossiche (cianotossine) alle quali l’uomo può essere esposto attraverso varie vie. Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Cenni storici Bibbia: la moria di pesci nel Nilo è attribuibile ad una fioritura di Planktothrix rubescens 19Il Signore disse a Mosè: «Di’ ad Aronne: “Prendi il tuo bastone e stendi la mano sulle acque degli Egiziani, sui loro fiumi, canali, stagni e su tutte le loro riserve di acqua; diventino sangue e ci sia sangue in tutta la terra d’Egitto, perfino nei recipienti di legno e di pietra!”». 20Mosè e Aronne eseguirono quanto aveva ordinato il Signore: Aronne alzò il bastone e percosse le acque che erano nel Nilo sotto gli occhi del faraone e dei suoi ministri. Tutte le acque che erano nel Nilo si mutarono in sangue. 21I pesci che erano nel Nilo morirono e il Nilo ne divenne fetido, così che gli Egiziani non poterono più berne le acque. Vi fu sangue in tutta la terra d’Egitto. .” — Esodo 7:19–21 Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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77 d.C. – Plinio il Vecchio descrive ammassi flottanti di alghe nel fiume Dnieper Gli Aborigeni australiani si procuravano l’acqua scavando buche accanto agli stagni infestati da alghe tossiche. Gli Indiani Canadesi chiamavano «laghi avvelenati» quelli dove morivano gli animali. A circa 1.000 anni fa risale il primo rapporto di avvelenamento da cianobatteri per opera del generale Zhu Ge-Ling che segnalò la mortalità delle sue truppe che beveva acqua da un fiume nel sud della Cina che era verde (Chorus, I., and J. Bartram, 1999). Nella rivista Nature del 1878, viene ben riportato e documentato il primo caso di avvelenamento da cianobatteri tossici nel Lago Alessandrina-Sud Australia: morte rapida (1-24 h) di pecore, cavalli, cani e maiali attribuita a fioritura di Nodularia spumigena (Francis, G. Poisonous Australian lake. Nature 18, 11-12, 1878). Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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In un lago del Pleistocene, a Neumark (Germania) sono stati ritrovati resti di ossa e scheletri di elefanti, rinoceronti e leoni. Le caratteristiche di conservazione suggeriscono un evento mortale rapido, probabilmente catastrofico e avvenuto nel periodo autunnale. Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Forme dei cianobatteri Presentano una vasta variabilità morfologica, comprendendo forme unicellulari, coloniali e filamentose, cui si accompagna una notevole differenza nelle dimensioni delle cellule . Sono stati descritti oltre 2000 specie e circa 140 generi ed anche attualmente vengono descritti nuovi generi. Hanno caratteristiche morfologiche diverse con forme unicellulari, coloniali e filamentose. Chorus & Bartram, 1999 I tipi morfologici presenti nelle acque dolci appartengono principalmente agli ordini: Chroococcales, Oscillatoriales e Nostocales. Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Principali caratteristiche eco-fisiologiche Euritermi; Meccanismi di raccolta di luce molto efficienti (ficobilisomi); Capacità di fotosintesi a basse concentrazioni di CO2 e pH alcalini; Resistenza agli UV (carotenoidi); Meccanismi di fissazione dell’azoto (eterocisti); Meccanismi di galleggiamento (vescicole gassose, buyoancy); Meccanismi di incorporazione di nutrienti efficienti; Cellule specializzate per la riproduzione (ormogoni) o la sopravvivenza (acineti); Difese chimiche (tossine) e fisiche (colonie) dalla predazione; Associazioni simbiotiche specialistiche con batteri. Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Fattori chimici e fisici che contribuiscono alle fioriture Nei laghi temperati la crescita e le fioriture dei cianobatteri dipendono dalle temperature (ottimali in genere tra 10 e 30°C) e dalle specifiche caratteristiche del cianobatterio. I generi Anabaena e Aphanizomenon passano l’inverno nei sedimenti come acineti o spore, Microcystis come colonie vegetative (Reynolds & Walsby, 1975). L’eutrofizzazione (macronutrienti e micronutrienti); Luce: in grado di adattarsi alla diminuzione della luce durante la crescita, aumentando il contenuto di clorofilla-a, ficocianina, ficoeritrina e l’efficienza fotosintetica; pH neutro o lievemente alcalino (6 a 10); Rimescolamento dell’acqua (piogge/siccità); Movimenti dell’aria (diminuzione e/o assenza di vento, basse pressioni, assenza di turbolenza delle acque); Possibile effetto dei cambiamenti climatici sull’aumento delle fioriture cianobatteriche. Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Generi di cianobatteri che sviluppano fioriture potenzialmente tossiche Anabaena/Dolichospermum Anabaenopsis Aphanizomenon Aphanocapsa Coelosphaerium Cylindrospermopsis Gloeotrichia Gomphosphaeria Lyngbya Microcystis Nodularia Nostoc Oscillatoria Phormidium Planktothrix Pseudoanabaena Synechocystis Synechococcus Molte specie di diversi generi di cianobatteri sono in grado di produrre cianotossine. La stessa specie può essere associata sia a fioriture tossiche che non tossiche (Kurmayer et al., 2002) e può produrre una o più cianotossine. Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Le cianotossine possono essere classificate in categorie che rispecchiano gli effetti osservati nei sistemi fisiologici, a carico degli organi e dei tessuti primariamente colpiti (Codd et al., 2005). Nelle acque dolci troviamo: EPATOSSINE (oltre 80 varianti di microcistine, 6 varianti note di nodularine); NEUROTOSSINE (anatossina-a, omoanatossina-a, anatossina a-(S), 20 varianti note di saxitossine); DERMOTOSSINE e CITOSSINE (cilindrospermopsina); ENDOTOSSINE lipopolisaccaridiche (disturbi gastrointestinali e infiammatori); Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Rapporti ISTISAN 08/6 Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Rapporti ISTISAN 08/6 Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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In Italia, le fioriture imputabili allo sviluppo di specie potenzialmente tossiche di cianobatteri appartengono ai generi Microcystis, Planktothrix, Aphanizomenon, Dolichospermum (ex. Anabaena) e Cylindrospermopsis. La disponibilità di dati sulla presenza dei cianobatteri in Italia è legata alle attività di monitoraggio svolte dalle Regioni, previste dal DM 30 marzo 2010 (Ministero della Salute,2010) e dal DL.vo 152/2006 e in attuazione della Direttiva 2000/60/CE in materia delle acque (Rapporto ISTISAN, 14/20). In letteratura, i dati attualmente disponibili sulla presenza di specie tossiche, sono per 61 laghi tra i circa 500 distribuiti sul territorio (esclusi i corpi lacustri minori) in 13 regioni su 20 (Della Libera S., Viaggiu E., 2011. Elementi di valutazione del rischio: Fenomeni tossici ed impatto sulle acque per consumo umano in Italia.) Problemi emergenti: • diffusione di nuove specie aliene • nuovi metaboliti tossici Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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Kick off meeting – Milano, 24 giugno 2015

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