Barriera corallina

Natura (2023) Cita questo articolo

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Le barriere coralline sono ecosistemi altamente diversificati che prosperano in acque povere di nutrienti, un fenomeno spesso definito il paradosso di Darwin1. La domanda energetica degli ospiti animali corallini può spesso essere pienamente soddisfatta dalla produzione in eccesso di fotosintesi ricchi di carbonio da parte delle loro alghe simbionti2,3. Tuttavia, la comprensione dei meccanismi che consentono ai coralli di acquisire i nutrienti vitali azoto e fosforo dai loro simbionti è incompleta4,5,6,7,8,9. Qui mostriamo, attraverso una serie di esperimenti a lungo termine, che l’assorbimento di azoto e fosforo inorganici disciolti da parte dei simbionti è sufficiente da solo a sostenere una rapida crescita dei coralli. Successivamente, considerando i bilanci di azoto e fosforo dell'ospite e dei simbionti, identifichiamo che questi nutrienti vengono raccolti attraverso l'agricoltura simbionte e vengono traslocati nell'ospite mediante la digestione delle cellule simbionti in eccesso. Infine, utilizziamo un esperimento naturale su larga scala in cui gli uccelli marini fertilizzano alcune barriere coralline ma non altre, per dimostrare che l'utilizzo efficiente dei nutrienti inorganici disciolti da parte dei coralli simbiotici stabilito nei nostri esperimenti di laboratorio ha il potenziale per migliorare la crescita dei coralli in natura allo stesso tempo. livello dell'ecosistema. Nutrersi di simbionti consente agli animali corallini di attingere a un’importante riserva di nutrienti e aiuta a spiegare il successo evolutivo ed ecologico dei coralli simbiotici in acque limitate di nutrienti.

I coralli simbiotici funzionano come mixotrofi in cui la richiesta metabolica di carbonio dell'animale ospite può spesso essere soddisfatta dalla traslocazione di prodotti fotosintetici ricchi di carbonio dai loro simbionti dinoflagellati2,3. Sebbene questo trasferimento di carbonio sostenga la produzione energetica dell’ospite, non può promuoverne la crescita10. Si ritiene invece che l'ospite assorba azoto (N) e fosforo (P) in una stechiometria favorevole necessaria per produrre gli elementi costitutivi essenziali per la crescita e la riproduzione, principalmente nutrendosi di materiale organico particolato o disciolto, inclusi plancton e amminoacidi liberi disciolti11 ,12,13. I simbionti beneficiano dell'eterotrofia dell'ospite riciclando i prodotti di escrezione ricchi di N e P del metabolismo dell'ospite che possono quindi utilizzare per promuovere la propria crescita11,12,14. Mantenere questi preziosi composti all'interno dell'associazione simbiotica è considerata l'altra funzione principale del partner fotosintetico10.

Gli animali corallini hanno la capacità di incorporare direttamente una certa quantità di ammonio (NH4+)15,16. Tuttavia, questo percorso di assorbimento diretto è quantitativamente banale rispetto ai tassi di assimilazione di NH4+ 14-23 volte più elevati dei loro simbionti16. Al contrario, i coralli ospiti non possono assimilare direttamente il nitrato (NO3) perché il tessuto animale è privo degli enzimi necessari15,17. Pertanto, l'assorbimento e l'assimilazione di NO3 procedono esclusivamente attraverso i simbionti18. Lo stesso vale per il fosforo nella sua forma inorganica disciolta (PO4)11. La misura in cui l’acquisizione di N e P da parte dei simbionti contribuisce alla crescita dell’ospite non è chiara e la conoscenza della ripartizione dei nutrienti rimane incompleta. Precedenti studi che utilizzavano simbionti isolati suggerivano che solo piccole quantità di N sotto forma di aminoacidi vengono rilasciate dalle cellule simbionti e potrebbero essere disponibili per l'ospite5,7,8,9. Più recentemente, esperimenti di spettrometria di massa di ioni secondari su scala nanometrica (NanoSIMS) hanno visualizzato la traslocazione di 15N dal simbionte, il sito principale dell'assorbimento di N, all'ospite16,18. Inoltre, è stata osservata la traslocazione di notevoli quantità di N dal simbionte all'ospite in un corallo Acropora allo stato selvatico6. Inoltre, studi recenti indicano che quantità considerevoli di aminoacidi ricchi di N nel tessuto ospite provengono dai simbionti16,19,20,21. Al momento, non ci sono prove del trasferimento del fosforo dal simbionte all'ospite11. In effetti, i simbionti sono considerati un deposito di fosforo all’interno della simbiosi4. Pertanto, le conoscenze attuali non possono spiegare gli effetti di promozione della crescita dell'ospite di N e P inorganici disciolti descritti da diversi studi sui coralli in contesti sperimentali e nell'ambiente naturale22,23,24,25,26,27,28,29. Di conseguenza, il meccanismo chiave che controlla la produttività delle barriere coralline mondiali non è ancora sufficientemente compreso; un fatto che è di particolare preoccupazione perché i nutrienti inorganici disciolti possono rappresentare localmente o temporaneamente le fonti più significative di N o P in acque tropicali altrimenti povere di nutrienti (Dati estesi Fig. 1).