Uno scienziato rivela la magia bioluminescente del mondo delle profondità marine

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Fino a poco tempo fa, le profondità degli oceani del mondo rimanevano quasi del tutto inesplorate. Ma i progressi nella tecnologia dei sommergibili stanno offrendo sempre più agli scienziati una finestra su questo universo poco conosciuto. Uno dei leader in questa esplorazione è la biologa marina Edith Widder, che ha studiato a fondo gli organismi bioluminescenti, o produttori di luce, che usano questo tratto per comunicare, difendersi e cacciare nell'oscurità. Tra le altre cose, Widder ha lavorato con gli ingegneri per sviluppare misuratori di luce per acque profonde altamente sensibili e telecamere speciali, come l'Eye-in-the-Sea, che consente il monitoraggio in tempo reale del fondale marino.

In un'intervista con Yale Environment 360, Widder, autore del libro di recente pubblicazione Below the Edge of Darkness: A Memoir of Exploring Light and Life in the Deep Sea, parla delle strategie sorprendenti che le creature bioluminescenti impiegano per sopravvivere in un mondo senza luce , spiega perché la ricerca in acque profonde rimane tristemente sottofinanziata e lamenta che con l'avvento della pesca d'altura, delle miniere e delle trivellazioni petrolifere, "stiamo sfruttando il [deep] oceano prima ancora di sapere cosa c'è dentro. Quelli di noi che sono stati in sommergibili e hanno visto… questi splendidi giardini sottomarini pieni di coralli bioluminescenti che sono stati appena trasformati in macerie [by trawling], è straziante".

Edith Widder.
Tom Smoyer

Tuttavia, nonostante il deterioramento dello stato degli oceani del mondo, Widder, co-fondatrice dell'Ocean Research and Conservation Association, ha affermato di essere fiduciosa che l'assalto agli ambienti marini possa essere capovolto: "Gli esploratori devono essere ottimisti. Stai costantemente affrontando battute d'arresto, difficoltà e problemi. E devi essere un risolutore di problemi.”

Yale Ambiente 360: Sei quasi morto dopo un intervento chirurgico quando eri una matricola al college. Sei diventato temporaneamente cieco. Il tuo interesse professionale per la luce deriva in qualche modo da quell'esperienza?

Edith Widder: Non c'è dubbio che la visione diventi così preziosa quando ne sei privato. Penso che la mia esperienza di essere cieca mi abbia aiutato quando stavo cercando di pensare a come deve essere la vita per gli animali in quel mondo di così tanta oscurità con solo occasionali lampi di luce, che è quello che è stato il mio mondo per un po'.

e360: A volte ci si riferisce al mare profondo come a un mondo di oscurità eterna, ma quando hai fatto la tua prima immersione profonda, scrivi che era come il 4 luglio laggiù.

Più ampio: Beh, sapevo che ci sarebbe stata bioluminescenza. Non l'ho scoperto in alcun modo. Ero solo completamente impreparato a quanto c'era, a questo spettacolo pirotecnico che mi circondava e che veniva innescato da qualsiasi movimento.

e360: Perché così tante creature bioluminescenti si illuminano quando le incontri?

Più ampio: Ci sono molti animali che rilasciano le loro sostanze chimiche luminescenti nell'acqua per distrarre un predatore. Ma per altri, può segnalare: "Non mangiarmi o ti pentirai perché ti pungerò" o "Sono velenoso". Alcuni dinoflagellati usano una luce particolarmente brillante come un allarme antifurto dove è un grido di aiuto con la luce. Se qualcosa li sta attaccando, fanno questa luce che attirerà predatori più grandi che attaccheranno il loro aggressore.

e360: Scrivi che i pesci bioluminescenti sono i vertebrati di maggior successo sul pianeta. La capacità di produrre luce è una parte importante di questo successo?

Più ampio: Una parte enorme: il 99,5% o più dello spazio vitale del pianeta è l'oceano. Ma l'oceano è così diverso dal regno terrestre perché non ci sono alberi o cespugli dietro cui nascondersi. Gli animali devono capire come nascondersi in un posto senza nascondigli. Molti animali producono bioluminescenza dalle loro pance che corrisponde esattamente al colore e all'intensità della luce solare sopra di loro. Questi pesci usano la loro bioluminescenza per mimetizzarsi [from predators below].

Atolla vanhoeffeni, una medusa di acque profonde bioluminescente.
Edith Widder

Si chiama controilluminazione. Sono così intelligenti in questo. Hanno filtri che si abbinano perfettamente al colore. Hanno lenti che assicurano che la distribuzione angolare della luce corrisponda esattamente a quella della luce solare che scende attraverso l'acqua. Se una nuvola passa sopra il sole e offusca la luce del sole, affievoliscono le luci del ventre. È il dispositivo di occultamento perfetto.

e360: È incredibile e così controintuitivo: usare la luce per nascondersi dai predatori! Perché la luce è così importante per la sopravvivenza nelle profondità marine?

Più ampio: Quando l'oceano ha iniziato a riempirsi di predatori che nuotano più velocemente e più aggressivi, c'era molta pressione selettiva sugli animali per sviluppare una visione migliorata e segnali visivi potenziati per vivere nell'oscurità. È qui che entra in gioco la bioluminescenza.

Il numero di specie è una misura reale della salute dell'ecosistema? Leggi di più.

e360: Ciò spiegherebbe anche il fatto che la bioluminescenza è più comune nell'oceano che sulla terraferma?

Più ampio: Destra. Alcuni ce l'hanno, come le lucciole e alcuni lombrichi, i millepiedi. Ma è davvero raro a terra perché ci sono molti nascondigli. Non c'è la pressione selettiva sulla terra che c'è nell'oceano per sviluppare la bioluminescenza.

e360: Ci sono delle creature davvero strane laggiù. Scrivi del pesce vipera dai denti a sciabola, che utilizza diversi tipi di bioluminescenza per scopi diversi, e del pesce semaforo, che emette luci sia blu che rosse. Hai un preferito?

Più ampio: Bene, il pesce semaforo è decisamente in cima alla mia lista. Quando stavo cercando di sviluppare il sistema di telecamere Eye-in-the-Sea e di trovare un sistema di illuminazione che funzionasse, che mi permettesse di vedere gli animali, ma non di essere visto da loro, ho copiato il pesce semaforo, quindi Sento di dovergli qualcosa.

e360: Perché il pesce semaforo ha due luci di colore diverso?

Il sistema di telecamere Eye-in-the-Sea.
Edith Widder

Più ampio: Dove la maggior parte degli animali laggiù vede solo la luce blu ed emette solo luce blu, il pesce semaforo può emettere e vedere la luce rossa. Usa la luce rossa come un mirino da cecchino per avvicinarsi di soppiatto agli animali che può vedere, ma loro non possono vederlo. Potrebbe anche usarlo come canale di comunicazione privato per attirare un compagno senza attirare predatori più grandi.

e360: E la luce blu?

Più ampio: La luce blu sarebbero gli abbaglianti che probabilmente sarebbero stati usati per cacciare le prede.

e360: Oltre a trovare compagni, quali altri tipi di comunicazione sono in corso?

Più ampio: Vediamo questi lampi abbastanza elaborati e molto diversi in diversi animali. Non sapremo mai con certezza cosa stanno comunicando, a meno che non possiamo sederci lì e osservare come fanno i naturalisti a terra: ti nascondi dietro una tenda e guardi per un periodo di tempo. Non abbiamo questa opportunità nel mare profondo, quindi è per questo che mi sono concentrato sul tentativo di sviluppare sistemi di osservazione che possiamo lasciare nell'oceano e che possono sedersi lì tranquillamente ed essere invisibili.

e360: Hai scritto di una telecamera sottomarina che è sempre accesa a registrare quello che sta succedendo.

Più ampio: Fondamentalmente mettono una barra di alimentazione nella parte inferiore del Monterey Canyon, quindi puoi collegare diversi esperimenti. Ho tenuto la mia fotocamera collegata laggiù per otto mesi, un periodo di osservazione davvero lungo.

e360: Abbiamo idea di quante specie sono ancora sconosciute alla scienza?

Più ampio: Davvero, non lo facciamo. Perché ci sono creature come il calamaro gigante. Non ne avevamo mai visto uno vivo fino al 2012. È semplicemente troppo veloce e troppo astuto per essere catturato nelle nostre reti o essere visto dai nostri sommergibili. Li conosciamo solo perché galleggiano quando muoiono. Potrebbe esserci un numero enorme di animali che non abbiamo mai visto.

Un calamaro gigante ripreso dalle telecamere nel 2012.
Edith Widder

e360: Si dice che il fondale marino sia meno ben mappato rispetto al lato oscuro della luna. Perché questa mancanza di esplorazione? È troppo tecnicamente difficile e costoso arrivare laggiù?

Più ampio: Chiaramente no. Se possiamo spendere trilioni di dollari per andare su Marte, non è questa la sfida. L'esplorazione in acque profonde è sempre stata cronicamente sottofinanziata. La NASA ha sostanzialmente firmato un assegno in bianco negli anni '60 perché dovevamo battere i sovietici. Lo stesso non è stato vero per l'oceano, quindi gli oceani sono stati lasciati in gran parte inesplorati.

La solita routine consiste nell'esplorare e poi sfruttare un ambiente. Siamo riusciti a farlo a ritroso nell'oceano. Stiamo sfruttando l'oceano prima ancora di sapere cosa c'è dentro. Stiamo solo scaricando enormi quantità di spazzatura, inquinamento da plastica, inquinamento chimico e inquinamento da nutrienti nell'oceano, e allo stesso tempo stiamo tirando fuori fino all'ultimo pesce. Abbiamo specie invasive ovunque. Stiamo pescando sul fondo dell'oceano.

e360: In alcuni casi, immagino che quando distruggi quell'ecosistema sul fondo, ad esempio con la pesca a strascico, non tornerà mai più.

Più ampio: Questi splendidi giardini sottomarini pieni di coralli bioluminescenti, sono luoghi magici che hanno impiegato più di 1.000 anni per crescere. Li stiamo spazzando via con una rete a strascico per una retata di gamberetti. Quelli di noi che sono stati in sommergibili e hanno visto uno di questi giardini che sono stati trasformati in macerie, è straziante. Quell'ecosistema non sosterrà mai più la vita nelle nostre vite o molte vite nel futuro. Sta accadendo tutto fuori dalla vista e dalla mente.

Una rana pescatrice che usa un'esca bioluminescente per attirare la sua preda.
Edith Widder

Ora abbiamo l'estrazione del fondale marino che sta arrivando online. La Cina sta costruendo per le operazioni di trivellazione e estrazione in acque profonde. Abbiamo la distruzione di estuari e zone umide, che sono i vivai per l'oceano. E poi la perdita delle barriere coralline e dell'habitat del ghiaccio marino. Va avanti e avanti e avanti. E non abbiamo ancora nemmeno un manuale d'uso per il nostro oceano, figuriamoci un manuale di riparazione.

Questa è una parte enorme del nostro sistema di supporto vitale. L'oceano ci ha protetto contro la nostra stessa stupidità, assorbendo tutta l'anidride carbonica che abbiamo pompato nell'aria e tutto il calore extra che ne è derivato. Ma non può più farlo. Quindi il pH sta diminuendo perché quando l'anidride carbonica si dissolve nell'acqua di mare, forma acido carbonico. E poi una volta che l'oceano si è acidificato, molti importanti calcificanti, come i coralli, non possono più costruire i loro scheletri. Tutte queste cose stanno portando a un punto di svolta da cui potremmo non essere in grado di riprenderci.

e360: Quando ti immergi in veicoli sommergibili, nelle profondità dell'oceano, a volte pensi: "Sono una delle prime persone sulla Terra a vedere questa vita incredibile. E se noi umani non ci mettiamo d'accordo, potrei essere una delle ultime persone a vederlo".

Più ampio: È una tragedia di proporzioni incommensurabili. La mia tristezza è anche che non sembriamo essere in grado di trasmettere quanto sia serio questo. La gente non capisce cosa significhi vivere su un pianeta oceanico. Il fatto che potremmo alterare la chimica dell'oceano, che rappresenta 300 milioni di miglia cubiche di volume, è sconcertante. E lo abbiamo fatto solo in circa un secolo.

Non abbiamo una connessione abbastanza forte con cosa significa vivere su questo pianeta. Questa è l'unica roccia nell'universo che conosciamo in questo momento che può sostenere la vita. È un miracolo che lo faccia. È semplicemente un sistema sorprendentemente complesso che ha tutti questi fantastici controlli ed equilibri evoluti nel corso di milioni di anni. E li stiamo cambiando in un periodo di tempo incredibilmente breve.

e360: Puoi dirci qualcosa sull'organizzazione che hai aiutato a fondare nel 2005, ORCA, l'Ocean Research and Conservation Association?

Più ampio: Vivo in questo incredibile estuario lungo 156 miglia sulla costa orientale della Florida, che una volta era designato come l'estuario più ricco di biodiversità negli Stati Uniti. Come molti estuari, è sotto stress in questi giorni e stiamo iniziando ad avere molte fioriture di alghe tossiche e maree marroni, cose che rendono impossibile la sopravvivenza dell'erba marina, il che significa che i lamantini ora muoiono di fame. Il sistema sta crollando.

Il corallo bambù Keratoisis flexibilis si illumina al tocco.
Edith Widder

Gli estuari sono una piccola percentuale nell'area dell'oceano, ma hanno un impatto enorme perché così tanti animali trascorrono parte del loro ciclo di vita lì. Molti animali entrano negli estuari per avere i loro bambini, quindi i loro bambini avranno un posto dove nascondersi. Prati di erba marina e radici di mangrovie sono habitat critici. Stiamo assistendo a un'enorme distruzione di questi ecosistemi di enorme importanza.

Quando ho avviato ORCA, il mio obiettivo era lo sviluppo di sistemi di monitoraggio della qualità dell'acqua in tempo reale. Quindi abbiamo creato queste mappe dell'inquinamento che sembravano mappe meteorologiche, dove il rosso è tossico e il blu non è tossico. Abbiamo un programma di monitoraggio dei pesci in cui raccogliamo pesci dall'estuario e li testiamo per tossine e metalli pesanti. Stiamo cercando di sviluppare nuovi sensori di inquinamento passivo che siano a basso costo e facili da implementare, che le persone possano utilizzare ovunque.

e360: Cosa dici ai giovani dell'oceano che li stiamo lasciando? Trovi difficile essere fiducioso?

Un appello per un giuramento di Ippocrate sulla protezione degli oceani del mondo. Leggi di più.

Più ampio: Di tanto in tanto, ma ci lavoro davvero. Perché penso che molti ragazzi siano così sconvolti dal destino e dall'oscurità che pensano semplicemente che sia senza speranza. Cerco davvero di favorire quel bisogno di esplorazione. Perché gli esploratori devono essere ottimisti. Stai costantemente affrontando battute d'arresto, difficoltà e problemi. E devi essere un risolutore di problemi. Ciò di cui abbiamo bisogno in questo momento sono risolutori di problemi che dovranno esplorare il pianeta così com'è e capire come affrontare questi problemi.

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