UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTA DI SCIENZE MM.FF.NN. Caratterizzazione e analisi quantitativa dei popolamenti di Ostreopsis ovata Fukuyo

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTA DI SCIENZE MM.FF.NN. CORSO DI LAUREA IN Conservazione e Valorizzazione della Biodiversità Caratterizzazione e analisi quantitativa dei popolamenti di Ostreopsis ovata Fukuyo Relazione di laurea: Relatore: Antonio Prisinzano Prof. Rossella Barone Anno Accademico 2005/2006

2 INTRODUZIONE Nell ultimo decennio, in alcune aree costiere del Tirreno (Liguria, Toscana, Lazio, Sicilia) e dell Adriatico (Puglia), una serie di sintomi (rinorrea, tosse, febbre, broncocostrizione, dermatiti) manifestati da bagnanti o da individui esposti all aerosol marino è stata associata alla contemporanea presenza di una notevole densità di specie microalgali bentoniche ascrivibili essenzialmente al genere Ostreopsis (Dinophyta) e, in particolare, alla specie Ostreopsis ovata Fukuyo (CONGESTRI et al., 2006). Lo stesso fenomeno è stato rilevato lungo le coste mediterranee francesi e spagnole. Nel 2006, notevoli densità di Ostreopsis sono state segnalate in quasi tutto il litorale italiano, sebbene non sempre legate ad eventi dannosi di tipo sanitario od ecologico. In Sicilia, nelle estati 2005 e 2006, è stata segnalata un analoga sintomatologia lungo il litorale nord occidentale. In particolare, il fenomeno è stato più intenso ed esteso nei mesi di luglio ed agosto 2006, provocando significative perdite economiche nel settore turistico. Gli episodi di malessere sono stati registrati lungo il litorale Palermitano (Aspra, Capaci, Isola delle Femmine) e Trapanese (S. Giuliano). L ARPA Sicilia, in occasione degli eventi, ha rilevato alte densità di Ostreopsis ovata sia sulle macroalghe sia nella colonna d acqua. Precedenti segnalazioni della presenza di specie ascrivibili al genere Ostreopsis risalgono al 2001 (Ostreopsis cf. siamensis Schmidt) lungo la costa nord orientale (VILA et al., 2001) ed al 2003 (Ostreopsis sp.) nel litorale occidentale (BARONE, dati inediti), nell ambito di uno studio sulla dinamica stagionale della rodofita Asparagopsis taxiformis (BARONE, 2004). Le analisi tossicologiche delle due morfospecie identificate nel mar Mediterraneo (Ostreopsis ovata, Ostreopsis cf. siamensis) hanno mostrato la presenza di palitossine (PENNA et al., 2005). La produzione di tossine da parte dei dinoflagellati è frequente e, probabilmente, ha un ruolo fondamentale nella difesa contro gli erbivori. Fra i modelli di azione delle tossine il più noto e studiato è il bioaccumulo nella rete alimentare, con successiva contaminazione dei prodotti ittici, il cui consumo umano determina una serie di peculiari sindromi di avvelenamento. Meno noti sono i danni provocati agli umani dalle tossine associate ad altri tipi di esposizione, quale ad esempio l inalazione di aerosol marino. L unico caso ad oggi accertato è relativo ai bloom della specie planctonica Karenia brevis lungo le coste della Florida (KIRKPATRICK et al., 2004). 3

3 Fra le sindromi di avvelenamento più comuni, la CFP (Ciguatera Fish Poisoning), causata dall ingestione di pesci carnivori (ad es. barracuda) è stata messa in relazione con la comunità a dinoflagellati bentonici e, in particolare, con la specie Gambierdiscus toxicus. I pesci erbivori, a loro volta predati dai carnivori, consumano le macroalghe ed i dinoflagellati epifiti associati accumulando e trasformando in ciguatossine le gambiertossine prodotte dal dinoflagellato. Nelle aree tropicali e subtropicali, considerate endemiche dell intossicazione, è stata identificata un associazione di dinoflagellati bentonici ascritti ai generi Gambierdiscus, Ostreopsis, Coolia, Prorocentrum ed Amphidinium (FAUST et al., 1996). In particolare, sono state implicate come agenti causali specie dei generi Ostreopsis (O. siamensis, O. ovata) e Prorocentrum (P. lima, P. concavum), ma ad oggi è certo solo il ruolo di Gambierdiscus, l unico taxon a non essere mai stato segnalato nel mar Mediterraneo. I dinoflagellati bentonici, in particolare i produttori di palitossine come Ostreopsis, sono stati implicati anche nel clupeotossismo, intossicazione umana associata al consumo di pesci clupeoidi (ONUMA et al., 1999; LENOIR et al., 2004). Pertanto, anche se non è stato ancora definito il tipo di rischio sanitario realmente associato alla proliferazione di Ostreopsis, il dinoflagellato rappresenta un potenziale produttore di tossine che potrebbero accumularsi nelle catene alimentari. Inoltre, contribuendo allo sviluppo di spessi biofilm che possono determinare sofferenza o morte di organismi bentonici (SANSONI et al., 2003), i suoi bloom rappresentano anche un rischio ecologico. Nel Settembre 2006 è stato intrapreso uno studio volto essenzialmente a definire la tipologia dei siti più vulnerabili a fenomeni di proliferazione di Ostreopsis e ad analizzare la dinamica stagionale dell organismo. Una serie di osservazioni preliminari, in situ e su campioni vivi esaminati in laboratorio (BARONE & PRISINZANO, 2006), lascia ipotizzare un peculiare ruolo difensivo svolto dalla matrice mucillaginosa prodotta dal dinoflagellato. 4

4 1. Caratteristiche generali dei Dinoflagellati Nelle più recenti classificazioni tassonomiche degli eucarioti i dinoflagellati (Dinophyta) sono inseriti nel gruppo degli Alveolati (KEELING et al., 2005), insieme ai ciliati ed agli apicomplessi, caratterizzati dalla presenza di sacche membranose (alveoli) sotto la membrana plasmatica. I Dinoflagellati sono organismi eucarioti, unicellulari, flagellati, marini o di acqua dolce, con gli alveoli contenenti placche di cellulosa che compongono un tipico ricoprimento cellulare (amphiesma), talvolta definito corazza. Altre organizzazioni morfologiche presenti nelle Dinofite sono: colonie pseudofilamentose ed unicellulari coccali. Confronti molecolari utilizzando RNA ribosomale suggeriscono che i Dinoflagellati sono correlati più strettamente ai ciliati ed agli apicomplessi piuttosto che ad altri gruppi algali. Secondo la classificazione fatta da Fensome (FENSOME et al., 1993) la classe delle Dinophyceae (fotosintetici e non, dinocarion in tutte le fasi del ciclo biologico) è suddivisa in 11 ordini basati sulla struttura del ricoprimento cellulare: Gymnodiniales Gonyaulacales Peridiniales Dinophysiales Prorocentrales Ptychodiscales Suessiales Nannoceratopsiales Desmocapsales Phytodiniales Thoracosphaerales Ciò che accomuna i diversi gruppi di Dinoflagellati è il loro nucleo, detto dinocaryon, ben visibile al microscopio ottico e dotato di un'ultrastruttura peculiare: i cromosomi sono sempre condensati in tutte le fasi del ciclo cellulare. Essi mancano anche di proteine istoniche. Numerosi Dinoflagellati mostrano migrazioni verticali giornaliere, ascendendo alla superficie durante il giorno e discendendo in acque più profonde di notte. Questo movimento offre loro il vantaggio, quando le acque superficiali sono limitate da nutrienti, di disporre delle elevate concentrazioni di nutrienti presenti nelle acque profonde. 5

5 Alcune specie hanno assunto recentemente una notevole importanza per la salute umana poichè producono tossine (neurotossine, epatotossine etc.) in grado di causare danni all'uomo ed ad altri organismi. Dense crescite (bloom) di Dinoflagellati planctonici producono colorazioni brune o rosse dell'acqua chiamate "red tides" (Fig. 1). Fig. 1. Red tides, immagine copertina del Manuale sulle microalghe dannose. Le maree rosse spesso avvengono in acque costiere ed estuari. Alcuni Dinoflagellati che producono maree rosse sono luminescenti, ed alcuni contengono tossine che si accumulano in catene alimentari. In casi gravi le tossine possono causare morie di pesci o condurre ad avvelenamenti umani prodotti dall'ingestione di molluschi o pesci contaminati. Le cause dei bloom di Dinoflagellati sono diverse e spesso relative alle condizioni locali. Esistono peraltro alcuni modelli comuni. La popolazione è normalmente "inseminata" dalla germinazione di cisti che rimangono dormienti sul fondo fino a che le condizioni diventano favorevoli per la crescita. L'arricchimento in nutrienti, talvolta dovuto a fenomeni di upwelling, è spesso seguito da dense concentrazioni cellulari che producono red tides. Le maree rosse talvolta si 6

6 originano negli estuari e si diffondono alle acque costiere. L'impatto di una marea rossa sulle comunità marine dipende essenzialmente dalle specie implicate. La respirazione notturna dei Dinoflagellati e la decomposizione delle cellule al termine di un bloom possono esaurire l'o 2. Durante il giorno i bloom di Dinofite sono manifesti per l anomala colorazione delle acque, frequentemente rossa, ma possono essere non meno evidenti di notte, rendendo il mare luminescente. Gli effetti di un bloom sono particolarmente dannosi quando le specie responsabili producono tossine. Solo pochi Dinoflagellati, approssimativamente 20 specie, sono tossiche. Comunemente ogni specie forma differenti tossine. Le principali tossine sono la saxitossina, e suoi derivati, prodotta da Alexandrium, la brevetossina prodotta da Karenia, e le ciguatossine prodotte da Gambierdiscus. Le tossine sono deterrenti per lo zooplancton erbivoro, ma in alcuni casi gli erbivori tollerano e accumulano tossine. Quando le tossine si concentrano nelle reti alimentari possono avvelenare gli umani che si cibano di pesce o bivalvi contaminati. Una peculiare sindrome, denominata "Paralytic Shellfish Poisoning" (PSP), deriva dall'ingestione di bivalvi contaminati che si sono cibati con Alexandrium. La tossina principale, denominata saxitossina, è una neurotossina che blocca i canali del sodio. I primi sintomi dell'avvelenamento sono generalmente una sensazione di formicolio alle labbra, una sensazione di intorpidimento e gonfiore della lingua, poi formicolio delle dita del piede e della mano, vertigine e mal di testa, progressivo intorpidimento di braccia e gambe, barcollamento e debolezza, respiro affannoso e infine insufficienza respiratoria. La morte può sopraggiungere per paralisi respiratoria. La sindrome denominata Diarrhetic Shellfish Poisoning (DSP) è associata con bloom di Dinophysis e deriva dall'ingestione di mitili o di altri bivalvi contaminati. Il risultante disturbo digestivo dura parecchi giorni, ma non è fatale. La tossina principale è l'acido ocadaico. La ciguatera è una sindrome di avvelenamento causato da ingestione di pesci contaminati ed è diffusa negli oceani tropicali. Le fonti di tossine sono Dinoflagellati bentonici, come Gambierdiscus e Prorocentrum, che crescono su pietrisco di corallo e macroalghe. I pesci che se ne cibano sono contaminati. Le principali tossine responsabili della ciguatera sono la ciguatossina e la maitossina, e sfortunatamente non c'è un modo facile e sicuro di individuare la loro presenza. La cottura non distrugge le tossine. I sintomi tipici della ciguatera somigliano a quelli di altre malattie ed includono disturbi gastrointestinali e intorpidimento attorno alla bocca. I sintomi si sviluppano parecchie ore dopo aver mangiato pesce contaminato e possono durare per parecchi giorni. 7