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In questa raccolta di articoli viaggeremo dalla superficie agli abissi alla scoperta dei loro segreti. La rubrica è ideata e sviluppata da In a Seashell, un collettivo di giovani ricercatori e artisti che mira a divulgare la scienza e la conservazione naturale in modi nuovi e innovativi.

A migliaia di metri sotto la superficie dell’oceano si estende un ambiente che, nonostante rappresenti la porzione più vasta della biosfera del pianeta, rimane per molti aspetti poco familiare e difficile da immaginare. A queste profondità la luce solare non riesce a penetrare, le temperature si mantengono prossime allo zero e la pressione aumenta progressivamente fino a valori estremamente elevati. Tuttavia, ciò che caratterizza in modo determinante gli ecosistemi profondi è la limitata disponibilità di risorse, ancor più delle condizioni fisiche estreme.

I fondali abissali sono generalmente considerati oligotrofici, ovvero poveri di nutrienti. In assenza di luce, la fotosintesi non può avvenire pertanto l’ottenimento di questi nutrienti dipende dal materiale organico che cade dagli strati superficiali dell’oceano. Questo materiale raggiunge la profondità sotto forma di una lenta e irregolare pioggia di particelle organiche, spesso indicata come “marine snow”, composta da detrito biologico, resti di organismi planctonici, aggregati mucillaginosi e altre particelle in sospensione.

In ambienti caratterizzati da una cronica limitazione di risorse alimentari, l’arrivo improvviso di grandi quantità di materia organica può determinare cambiamenti ecologici profondi. Un esempio emblematico è rappresentato dalla morte di una balena in mare aperto: il corpo dell’animale, dopo una parziale decomposizione iniziale in superficie, affonda lentamente fino a raggiungere il fondale. Quando la carcassa si deposita, dà origine ad un fenomeno ecologico noto come Whale fall (letteralmente “caduta di balena”).

Attraverso il Whale fall, una quantità estremamente elevata di biomassa si concentra improvvisamente in un punto del fondale, trasformando temporaneamente un tratto del deserto abissale in un’area ad alta disponibilità di risorse. Una singola carcassa di un grande cetaceo può contenere centinaia di tonnellate di tessuti organici, costituendo una fonte di nutrimento capace di sostenere comunità biologiche per periodi di tempo prolungati.

Le prime fasi di colonizzazione avvengono rapidamente. Nel giro di poche ore o giorni, squali, pesci necrofagi e grandi crostacei, attratti dai segnali chimici rilasciati dalla carcassa, raggiungono il sito e si nutrono dei tessuti molli. Nei mesi e negli anni successivi, una successione di organismi diversi colonizza progressivamente i resti dell’animale. Persino le ossa rappresentano una risorsa ecologica significativa: la loro lenta degradazione porta al rilascio di composti, come il solfuro di idrogeno, utili ad alimentare comunità microbiche le quali, a loro volta, sostengono assemblaggi di invertebrati capaci di vivere in assenza di luce grazie all’energia derivante da reazioni chimiche portate avanti dal metabolismo microbico.

Intorno alla carcassa si sviluppa così un ecosistema complesso e relativamente ricco rispetto al fondale circostante, caratterizzato da elevata densità e diversità di organismi. Tuttavia, tali sistemi sono per definizione effimeri: con il progressivo esaurimento delle risorse organiche, la comunità associata alla carcassa diminuisce e il fondale tende gradualmente a tornare alle condizioni oligotrofiche tipiche dell’ambiente abissale.

Nonostante la loro natura temporanea, i Whale falls ci offrono uno sguardo unico per studiare come funziona l’ecologia delle profondità oceaniche. Dimostrano come le comunità bentoniche, ovvero gli organismi che abitano il fondale a stretto contatto con il sedimento, siano in grado di rispondere rapidamente ad improvvisi picchi di energia, illustrano i processi di successione ecologica in condizioni estreme e mostrano come anche eventi relativamente rari possano contribuire in modo significativo alla dinamica della biodiversità negli ecosistemi nelle profondità.

Evoluzione dei Whale fall

Percorriamo insieme le tappe che caratterizzano questo affascinante fenomeno.

·   Fase zero: decomposizione superficiale e inizio del Whale fall

Subito dopo la morte dell’animale, la carcassa può temporaneamente galleggiare a causa dei gas prodotti dalla decomposizione e per la presenza di tessuto adiposo. Durante questa fase iniziale, numerosi organismi, tra cui squali, pesci, uccelli marini e invertebrati necrofagi, consumano i tessuti accessibili. Ciò porta ad una frammentazione della biomassa, che si disperde nella colonna d’acqua. Con il progredire della degradazione dei tessuti e la fuoriuscita dei gas interni, la carcassa perde galleggiabilità e inizia a sprofondare verso il fondale oceanico. Durante la discesa, la materia organica che compone la carcassa sarà ulteriormente utilizzata come fonte alimentare da diverse comunità pelagiche.

Una volta raggiunto il fondale, il fenomeno ecologico del Whale fall, che come abbiamo visto rappresenta un’improvvisa e massiccia immissione di carbonio organico e nutrienti, potrà cominciare. 

Diversi studi hanno dimostrato che la decomposizione delle carcasse di grandi cetacei segue una successione ecologica relativamente prevedibile, distinguibile in tre/quattro stadi principali, che possono parzialmente sovrapporsi nel tempo.

·   Fase uno: fase degli spazzini mobili

Durante questo stadio, grandi necrofagi mobili tra cui squali abissali, pesci, crostacei e missine colonizzano rapidamente la carcassa, nutrendosi dei tessuti molli residui: la loro azione consuma tra i 40 e i 60 kg di materia organica al giorno! A seconda della dimensione della carcassa, della profondità a cui essa si deposita e della composizione della comunità locale, questa fase può durare da alcuni mesi fino a più di un anno. L’attività dei necrofagi riduce rapidamente la biomassa disponibile e lascia esposto lo scheletro ricco di lipidi.

·   Fase due: fase degli opportunisti da arricchimento organico

Questa fase è caratterizzata dalla colonizzazione dei resti ossei della balena da parte di organismi come policheti, crostacei e altri invertebrati bentonici: una ricca diversità che sfrutta, come nutrimento, i residui di tessuti che si trovano ancora attaccati alle ossa e il materiale organico accumulato nei sedimenti intorno alla carcassa. L’elevata concentrazione di carbonio organico e nutrienti altera profondamente le condizioni geochimiche locali, generando microambienti che favoriscono lo sviluppo di associazioni animali molto diversificate. La fase degli opportunisti può durare da mesi a diversi anni e rappresenta un passaggio chiave nella transizione verso la formazione di comunità, associate alle carcasse, più specializzate. 

·   Fase tre: fase solfofila

Con il progredire della decomposizione si instaura lo stadio solfofilico, una fase tipica degli ecosistemi di Whale fall profondi. Durante questo periodo, la degradazione anaerobica dei lipidi contenuti nelle ossa produce elevate concentrazioni di solfuro di idrogeno nei sedimenti e nelle strutture ossee. Tale condizione permette lo sviluppo e il sostentamento di comunità microbiche simili a quelle che si osservano nelle sorgenti idrotermali, in grado di utilizzare sostanze inorganiche come lo zolfo per produrre materia organica. Il terzo stadio, appena descritto, può perdurare molti anni e addirittura decenni.

I vermi mangia-ossa

Tra gli organismi che caratterizzano questo stadio, un esempio emblematico è rappresentato dai policheti del genere Osedax, ad oggi considerati tra gli organismi chiave dei processi di degradazione degli scheletri dei cetacei sul fondale marino. Questi animali, anche detti “vermi mangia-ossa”, sono privi di un apparato digerente funzionale e dipendono, invece, da una simbiosi con batteri presenti nei loro tessuti, che consentono la digestione dei composti organici contenuti nelle ossa.
Studi recenti hanno mostrato che questi organismi sviluppano un sistema di strutture ramificate, simili a radici, che penetrano nel tessuto osseo, permettendo l’accesso a nutrienti quali collagene e lipidi, conservati nella matrice ossea. Il genere Osedax svolge un ruolo fondamentale nella successione biologica delle Whale fall, contribuendo alla trasformazione fisica e chimica dello scheletro durante le fasi intermedie e avanzate del processo di decomposizione. La colonizzazione delle ossa può avvenire relativamente presto, dopo la rimozione dei tessuti molli da parte dei grandi necrofagi e tende ad intensificarsi durante la fase opportunistica da arricchimento e la fase solfofila.

·   Fase quattro: fase di reef

Infine, quando la maggior parte dei lipidi ossei e della materia organica è stata consumata, la carcassa entra in una fase tardiva detta reef stage. In questo stadio, lo scheletro residuo agisce principalmente come substrato duro per organismi sessili e filtratori, come anemoni, spugne e altri invertebrati. Sebbene questa fase sia meno documentata rispetto alle precedenti, essa rappresenta l’ultima fase ecologica associata alle Whale falls e contribuisce alla strutturazione dell’habitat bentonico locale. 

Nel complesso, l’intero processo di decomposizione di una carcassa di grande cetaceo può estendersi da diversi anni fino a oltre un secolo, a seconda della dimensione dell’animale, delle condizioni ambientali e delle comunità biologiche coinvolte.

Disturbi antropici al fenomeno dei Whale fall

I fenomeni di Whale falls possono essere significativamente influenzati da diversi disturbi di origine antropica, i quali agiscono sia riducendo la frequenza di deposizione delle carcasse, sia alterando i processi ecologici e biogeochimici associati alla loro decomposizione.

In primo luogo, la caccia commerciale alle balene, particolarmente intensa tra il XIX e il XX secolo, ha determinato un drastico declino delle popolazioni di grandi cetacei, riducendo conseguentemente l’apporto di biomassa che raggiunge i fondali oceanici e quindi, la disponibilità di habitat effimeri per le comunità specializzate nel fenomeno del Whale fall. Sebbene molte popolazioni siano oggi in recupero, gli effetti storici di tale sfruttamento potrebbero aver interferito con il fenomeno dei Whale fall e con i processi ecologici ad esso associati. I Whale falls agiscono come habitat effimeri ma ricorrenti che possono funzionare da veri e propri ponti ecologici tra ecosistemi isolati come le sorgenti idrotermali e i cold seeps, zone del fondale oceanico in cui si riscontrano fuoriuscite di sostanze come metano e idrocarburi. La riduzione del numero di carcasse ha aumentato la distanza media tra questi punti, superando in molti casi le capacità dispersive degli organismi associati, spesso caratterizzati da cicli vitali e strategie di colonizzazione limitate. Ciò può aver determinato una frammentazione delle popolazioni, con conseguente isolamento genetico e una maggiore vulnerabilità a fenomeni di estinzione locale.

Le attività di pesca intensiva rappresentano un’ulteriore potenziale fonte di impatto. La rimozione sistemica di grandi necrofagi e predatori può alterare la dinamica della prima fase dei Whale falls modificando i tempi di consumo dei tessuti molli e, di conseguenza, l’intera successione ecologica. Inoltre, attrezzi da pesca abbandonati o persi possono interferire fisicamente con le carcasse o con le comunità associate, ostacolando i processi di colonizzazione. Anche le attività estrattive e l’esplorazione dei fondali marini, come la trivellazione per idrocarburi o l’estrazione di sostanze dai fondali, possono avere effetti rilevanti: tali attività possono distruggere direttamente gli habitat o alterare le condizioni chimico-fisiche dei sedimenti, compromettendo la sopravvivenza delle comunità specializzate che si sviluppano durante le fasi più avanzate. A ciò si aggiunge il rumore subacqueo che questi processi causano, che può influenzare il comportamento e la distribuzione dei cetacei, con possibili effetti indiretti sulla distribuzione delle carcasse.

Un ulteriore fattore di disturbo è rappresentato dall’inquinamento marino, in particolare dall’accumulo di contaminanti persistenti come metalli pesanti, idrocarburi e composti organici sintetici nei tessuti dei cetacei. Tali sostanze, una volta trasferite al fondale attraverso la carcassa, impattano negativamente le comunità bentoniche. Anche l’inquinamento da plastica può avere effetti indiretti sia attraverso l’ingestione da parte dei cetacei sia mediante la modifica delle proprietà fisiche dei sedimenti circostanti.

Infine, i cambiamenti climatici rappresentano una minaccia trasversale, in grado di modificare la distribuzione delle specie di cetacei, i loro pattern migratori e comportamentali e la produttività primaria oceanica. L’alterazione della temperatura, dell’ossigenazione e della chimica delle acque profonde possono influenzare sia i tempi di decomposizione, sia la composizione delle comunità biologiche associate alle Whale falls.

Nel complesso, questi disturbi antropici evidenziano come un fenomeno apparentemente naturale e localizzato sia in realtà strettamente connesso a dinamiche globali che riguardano anche noi esseri umani, sottolineando la necessità di una gestione degli ecosistemi marini che salvaguardi e preservi anche questi peculiari hotspot di biodiversità.

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