Analisi della dinamica stagionale di cianobatteri e delle loro biotossine nei bacini artificiali Arancio e Garcia (Sicilia occidentale)

I bacini artificiali costituiscono sistemi complessi che mostrano dinamiche biologiche che possono scostarsi marcatamente da quelle osservate nei laghi naturali e che vengono principalmente influenzate dalla peculiare regolazione idrologica, oltre che dalla morfologia e dalle caratteristiche climatiche delle aree in cui insistono questi ecosistemi. Il funzionamento dei bacini artificiali Mediterranei è in generale soggetto alle peculiarità climatiche del Bioma di appartenenza. In aggiunta, la Sicilia oltre che dal clima mediterraneo è caratterizzata da un reticolo idrografico limitato dalla sua natura insulare, che ulteriormente influenza i pattern idrologici dei bacini artificiali. Il presente programma di ricerca propone, attraverso l’analisi delle dinamiche stagionali del fitoplancton e delle sue relazioni con i principali parametri limnoecologici nei laghi artificiali siciliani, di approfondire e migliorare le conoscenze sui fattori che determinano la comparsa e l'intensità delle fioriture a cianobatteri planctonici, soprattutto in relazione alle condizioni indotte dall’azione di gestione della risorsa idrica. I cianobatteri producono una vasta gamma di oigopeptidi ad azione epato- e neurotossica. L'analisi contemporanea della dinamica di popolazione e di sintesi delle biotossine dei cianobatteri dominanti può rappresentare un significativo contributo allo studio dei meccanismi che regolano la comparsa delle fioriture e la quantità di tossine prodotte. Le conoscenze in ambito limnologico, acquisite nelle ultime due decadi sul funzionamento dei bacini artificiali siciliani, evidenziano le peculiarità funzionali di questi ecosistemi acquatici e costituisco un buon punto di partenza per l’approfondimento e l’acquisizione di una conoscenza delle proprietà intrinseche di questi ecosistemi che potranno tradursi in piani gestionali volti alla tutela delle risorse idriche. Attualmente, i ripetuti fenomeni di fioriture a cianobatteri che si sono puntualmente verificati in numerosi laghi artificiali siciliani, sia in periodo invernale che estivo, non hanno trovato spiegazione a causa della frammentarietà con la quale sono stati raccolti i dati ambientali relativi ai fenomeni e la mancanza di programmi di ricerca opportunamente mirati. La comprensione della dinamica di popolazione di organismi che hanno tempi di generazione variabili da poche ore a 1-2 giorni rendono infatti necessaria l’assunzione di protocolli di analisi idonei. La ricerca proposta prevede la raccolta quantitativa e qualitativa di fitoplancton e misure dei principali parametri fisici e chimici delle acque invasate, da svolgersi settimanalmente nell’arco di uno o più cicli idrologici. L’analisi di tali dati contribuirà a chiarire gli eventuali rapporti esistenti tra la dinamica dei cianobatteri, le concentrazioni di tossine prodotte e le operazioni gestionali applicate ai bacini artificiali.

Il principale obiettivo del programma di ricerca è costituito dalla comprensione dei fenomeni che determinano le dinamiche di popolazione degli assemblages fitoplanctonici nei bacini artificiali siciliani in relazione alla tipologia di gestione idrologica applicata a questi ecosistemi. Il fine dello studio della dinamica del fitoplancton è quello di migliorare la comprensione dei processi ecologici, naturali o indotti dalle operazioni gestionali, che determinano l’instaurarsi delle fioriture planctoniche di cianobatteri tossici. Parallelamente la ricerca si propone la quantificazione e lo studio della dinamica delle biotossine prodotte dai cianobatteri con particolare riferimento alle microcistine. Lo studio contemporaneo della dinamica delle popolazioni di cianobatteri e delle loro tossine è finalizzato a testare l'ipotesi che la biosintesi di tali oligopeptidi sia soggetta a meccanismi densità-dipendenti. Verranno inoltre identificati i descrittori morfo-funzionali, fra le specie microalgali dominanti le associazioni fitoplanctoniche, più idonei a fornire indicazioni utili al monitoraggio delle acque in relazione alla Direttiva Europea 2000/60/CE (Water Framework Directive). Tali descrittori, basati principalmente sulla rilevazione di semplici dati biometrici, possono costituire un robusto sostegno all’analisi tassonomica e fornire utili indicazioni sulle condizioni ecologiche in cui versano gli ambienti esaminati. Il fine dell’utilizzo dell’approccio morfo-funzionale è quello di fornire uno strumento che possa coadiuvare nel monitoraggio i tecnici ambientali che non hanno una adeguata esperienza di identificazione tassonomica del fitoplancton e/o conoscenze specifiche sull’autoecologia delle numerose specie che generalmente costituiscono le associazioni fitoplanctoniche. In ultimo, ci si propone di mettere a punto una serie di indicatori ambientali in grado di fornire uno strumento di prevenzione al verificarsi dei fenomeni di fioritura a cianobatteri. Il fine della identificazione di questi indicatori è quello di evitare il blocco dell’utilizzo di acque contaminate approntando opportune misure preventive basate sulla regolazione idrologica dei bacini artificiali. I campionamenti saranno realizzati in due bacini artificiali siciliani sottoposti a diversi regimi idrologici al fine di evidenziare il contributo alla dinamica del fitoplancton esercitato dalle operazioni di gestione idraulica. In particolare saranno campionati il lago Arancio, sottoposto a marcate fluttuazioni di livello, ed il lago Garcia, virtualmente non ancora utilizzato e pertanto privo di oscillazioni. Per la realizzazione degli obiettivi del presente progetto vengono qui di seguito riportate le principali metodologie limnologiche: Componente biotica: 1. Campionamenti settimanali durante il primo anno e quindicinali durante il secondo, da svolgersi lontano dalla linea di costa, dalle opere di presa e da eventuali sorgenti di inquinamento; 2. Prelievo lungo la colonna d’acqua e a quote stabilite di campioni quantitativi di fitoplancton, tramite bottiglia a chiusura automatica; 3. Raccolta pelagica di campioni qualitativi di fitoplancton con l’ausilio di retini con apertura di maglia da 25 µm, per l’identificazione di specie rappresentate a basse concentrazioni; 4. Analisi morfologica delle specie presenti nei campioni, conteggio delle cellule e calcolo dei biovolumi; 5. Identificazione tramite HPLC-DAD e quantificazione rispetto a standard noti delle microcistine presenti; analisi della dinamica di produzione delle microcistine, e di altri eventuali metaboliti secondari; Componente abiotica: I campionamenti saranno effettuati lungo profili verticali negli stessi siti di prelievo del Fitoplancton e contestualmente ad essi; in particolare saranno misurate: 1. tramite sonde multiparametriche, le principali caratteristiche fisiche delle acque: Temperatura, Conducibilità elettrica, Trasparenza