Risposte adattative in molluschi bivalvi in uno scenario di cambiamenti climatici

The increment of atmospheric CO2 produced by human activities is responsible for both global warming and progressive acidification of oceans. In particular, ocean acidification has negative consequences for all those organisms that build calcareous structures, modifying their physiological activities, survival, and growth, and causing reduction in calcification rate. In this context, the bivalves Mytilus galloprovincialis, Chamelea gallina, Callista chione, Mimachlamys varia were chosen to investigate the effects of decreased pH, increased temperature and variations in salinity, as predicted in climate change scenarios, on physiological, immunological, biochemical responses, growth and shell damage. The choice of these species took into account their different habitats, which may make them differently susceptible to climate change effects: two inshore (M. galloprovincialis, C. gallina) and two offshore (C. chione, M. varia) species were studied. Short-term experiments on adults were performed for all species and long-term experiments were performed on juveniles of M. galloprovincialis and C. gallina. An experimental plant was set up in the laboratory to test simultaneously the effects of temperature and pH on adult bivalves. Six combinations were tested, three values of pH (8.1, 7.7, 7.4) and two temperatures (22, 28°C: M. galloprovincialis, C. gallina; 16, 22°C: C. chione; 18, 26°C: M. varia). In M. galloprovincialis and C. gallina the same combinations of temperature and pH were tested at three salinities (28, 34, 40 psu). To test the effect of reduced pH (7.4) on juvenile mussels and clams, an outdoor experimental plant was set up, supplied with sea water flowing in continuous from the sea. Two experiments were carried out, the former, on both M. galloprovincialis and C. gallina, lasted six months, the latter, on M. galloprovincialis only, was three-month long. The aim of this outdoor experiment was to operate in experimental conditions as similar as possible to mesocosms, except for pH value in treated bivalves. Short- and long-term biological responses were evaluated at both cellular and whole organism level. In particular, immune responses, such as total haemocyte count (THC), Neutral Red uptake, and lysozyme activity, were measured in haemocytes of adult bivalves; physiological responses, such as filtration, respiration and excretion rates, were determined in both adults and juveniles; biochemical responses, such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione S transferase (GST) and lipid peroxidation (TBARS) were measured in gills and digestive gland of adults and in the whole organism of juveniles. The expression of heat shock proteins HSP70 was evaluated in digestive gland of M. galloprovincialis and C. gallina. During the experiments on juveniles, mortality was monthly checked and length and weight were measured. Moreover, to evaluate the effects of seawater acidification on shell integrity after 1, 3 and 6 months of exposure to reduced pH, damage was defined on both mussel and clam shells by specific damage indices. The evaluation of several physiological, immunological and biochemical responses on adults allowed us to highlight different ways to cope with acidification and increased temperature in all the species studied. Effects of salinity were also revealed in M. galloprovincialis and C. gallina. For mussels and clams, it was interesting to note that immunological parameters were mainly influenced by both temperature and pH at the extreme salinities tested. Moreover, C. chione demonstrated to respond to increased temperature and acidification by increasing its metabolic rates, whereas M. varia reduced them. Even if biochemical responses not always revealed clear patterns of variation in the studied species, enzymatic activities generally showed an induction at higher temperature. In juveniles, all parameters analysed indicated effects of acidification in both mussels and clams, though to a different extent. Experimental pH negatively affected growth in juvenile clams, but this effect was not found in mussels. Physiological and biochemical responses were more negatively affected in C. gallina than in M. galloprovincialis. In addition, shell dissolution in clams was more evident and occurred in a shorter time. Although the results obtained suggest differing tolerance of bivalves to changing environmental conditions, detrimental effects generally revealed in all species, and most of all in juveniles, pose a great concern for the maintenance of the bivalve communities in the Northern Adriatic Sea under a future global change scenario. Dramatic consequences can be hypothesised, such as lost in biodiversity and stock reduction of economically relevant species.

L’aumento della concentrazione atmosferica di CO2 prodotta dalle attività umane è responsabile dei cambiamenti climatici che si stanno manifestando con un progressivo innalzamento dei valori termici sulla superficie terrestre e negli oceani e con il fenomeno dell’acidificazione delle acque marine. In particolare, l’acidificazione potrebbe avere conseguenze particolarmente negative per tutti quegli organismi che costruiscono strutture calcaree, non solo alterando le loro principali attività fisiologiche, la sopravvivenza e la crescita, ma anche riducendone la capacità di calcificazione. In questo contesto, sono state scelte quattro specie di bivalvi (Mytilus galloprovincialis, Chamelea gallina, Callista chione, Mimachlamys varia) per valutare, secondo quanto previsto dai futuri scenari di cambiamento climatico, gli effetti della diminuzione del pH, dell’aumento di temperatura e di variazioni di salinità sulle risposte fisiologiche, biochimiche ed immunologiche, nonché sul danno alla conchiglia, in quanto struttura formata da carbonato di calcio. Gli organismi oggetto di studio sono stati scelti in funzione del loro habitat, in modo tale da valutare gli effetti dei cambiamenti climatici in specie costiere (M. galloprovincialis, C. gallina) e in specie tipicamente marine (C. chione, M. varia). Sono state condotte sperimentazioni a breve termine sugli adulti delle quattro specie e sperimentazioni a lungo termine sui giovanili di M. galloprovincialis e C. gallina. Per valutare simultaneamente sugli adulti gli effetti della temperatura e del pH è stato progettato un impianto sperimentale che ha consentito di saggiare sei diverse combinazioni di tre valori di pH (8.1, 7.7, 7.4) e di due temperature (22, 28°C: M. galloprovincialis, C. gallina; 16, 22°C: C. chione; 18, 26°C: M. varia). In M. galloprovincialis e C. gallina, le stesse combinazioni di temperatura e pH sono state saggiate a tre salinità (28, 34, 40 psu). Per testare l’effetto di un pH ridotto (7.4) sui giovanili, è stato costruito un impianto sperimentale in un vascone posizionato all’aperto, alimentato in continuo da acqua proveniente dal mare, esposto in questo modo alle variazioni ambientali presenti in natura. Sono state condotte due sperimentazioni, la prima della durata di sei mesi per M. galloprovincialis e C. gallina e la seconda di tre mesi solo per M. galloprovincialis. Sono stati quindi valutate risposte biologiche a breve e a lungo termine sia a livello cellulare che di organismo. In particolare, risposte immunologiche, quali numero di emociti circolanti (THC), loro capacità di assumere il Rosso Neutro (NRU) e di esprimere l’attività del lisozima, sono state misurate gli adulti; risposte fisiologiche, come i tassi di filtrazione, di respirazione e di escrezione, sono state determinate sia negli adulti che nei giovanili; risposte biochimiche, come l’attività della superossido dismutasi (SOD), della catalasi (CAT), della glutatione S-transferasi (GST) e i livelli di perossidazione lipidica (TBARS) sono stati misurati nelle branchie e nella ghiandola digestiva per gli adulti, nell’intero organismo per i giovanili. Nella ghiandola digestiva degli adulti di M. galloprovincialis e C. gallina è stata valutata anche l’espressione delle heat shock proteins HSP70. Nei giovanili durante le sperimentazioni sono stati rilevati mensilmente la mortalità, la lunghezza ed il peso. Inoltre, per valutare l’effetto dell’acidificazione sulla conchiglia ne è stata quantificata la corrosione della superficie esterna mediante un indice di danno, dopo tre e sei mesi di esposizione a pH ridotto nella prima sperimentazione ed al termine del primo e del terzo mese nella seconda. Negli adulti la valutazione dei diversi parametri fisiologici, immunologici e biochimici ha permesso di evidenziare diverse modalità di risposta al fenomeno dell’acidificazione e dell’aumento della temperatura per tutte e quattro le specie studiate e l’influenza della salinità per M. galloprovincialis e C. gallina. E’ interessante sottolineare come i parametri immunologici di mitili e vongole mostrino un effetto più marcato sia della temperatura che del pH alle salinità estreme. C. chione è sembrata rispondere alla temperatura e all’acidificazione aumentando i propri tassi metabolici, mentre al contrario M. varia li ha ridotti. Anche se le risposte biochimiche per tutte le specie non hanno permesso di rilevare sempre chiari pattern di variazione, l’andamento delle attività enzimatiche sembra generalmente mostrare una loro induzione nei trattati rispetto ai controlli, soprattutto in presenza di un aumento termico. Nei giovanili tutti i parametri indagati risultano indicare un effetto dell’acidificazione per entrambe le specie, seppur con modalità differenziate. Il pH sperimentale ha causato una riduzione in lunghezza e peso in C. gallina, ma non in mitilo. La vongola risulta meno tollerante rispetto al mitilo e ha mostrato inoltre una dissoluzione della conchiglia più marcata in tempi più brevi. Per entrambe le specie, a confermare le indicazioni tratte dai dati morfologici, anche i parametri fisiologici hanno mostrato condizioni di stress negli animali trattati a pH ridotto, seppure con effetti più marcati nelle vongole. Sebbene i risultati ottenuti suggeriscano per le specie studiate diverse condizioni di tolleranza alle variazioni ambientali, gli effetti negativi messi in luce in questo studio indicano potenziali condizioni di rischio per le comunità di bivalvi nel Nord Adriatico in un futuro scenario di cambiamenti climatici. Ne potrebbero derivare conseguenze anche molto gravi, sia in termini di perdita della biodiversità, sia a livello economico a causa di una riduzione dell’abbondanza di specie commercialmente importanti.