L’orologio biologico dei coralli

Scritto da Timothy BATEMAN
Tradotto da Sara GAGLIARDI

Ogni anno la Grande Barriera Corallina (Australia), tra molte altre barriere coralline tropicali, è testimone di un evento di proporzioni epiche. La deposizione massiva di uova e sperma di corallo (fregola) è uno spettacolo da osservare, e che ci induce a chiederci come tutte le singole colonie, attraverso centinaia di miglia di barriera corallina, possano coordinare i loro orologi biologici per sincronizzarne il rilascio nell’acqua e garantire la fecondazione massimizzando il successo della riproduzione. La chiave di questo fenomeno è che i coralli poggiano il loro ritmo circadiano a simili stimoli biologici. In altre parole, i coralli usano spunti ambientali naturali simili come indicatori di quando è il momento di rilasciare uova e sperma per la riproduzione. Per molti anni gli indizi esatti che segnalavano questo evento sono rimasti un mistero, ma un certo numero di studi hanno portato alla luce il modo in cui i coralli sono in grado di trarre la tempistica necessaria per uniformare gli sforzi riproduttivi.

Figura 1: Vista aerea delle chiazze di fregola di corallo durante la deposizione di massa di uova e sperma al Flower Garden Banks National Marine Park (Immagine da FGBNMS).

I tipi di segnali ambientali su cui poggia la riproduzione dei coralli possono essere classificati come fattori ultimi e prossimi. I fattori ultimi sono quelli che influenzano il successo riproduttivo dei coralli e comprendono processi ambientali su larga scala come la velocità del vento, la fase di marea e i cicli diurni (giorno-notte). I fattori prossimali sono quelli che sincronizzano e forniscono i segnali finali ai coralli per intraprendere la riproduzione.

Uno dei fattori ultimi più importanti che influenzano la deposizione delle uova di corallo è la velocità del vento. Mentre questa potrebbe non sembrare per la maggior parte come fattore immediatamente importante per i coralli, in effetti influisce in modo significativo sulla fregola dei coralli. La velocità del vento influenza le correnti oceaniche, le quali consentono quindi a uova e sperma di formare chiazze di superficie e aumentare il successo di fecondazione. Se la velocità del vento è troppo alta, le correnti oceaniche possono portare le uova al largo prima di essere fecondate.

Le prestazioni dei gameti del corallo sono influenzate direttamente dalla temperatura dell’acqua, il che lo rende un fattore finale cruciale nella tempistica della deposizione delle uova. A differenza della velocità del vento, la temperatura influisce su tutti gli stadi della riproduzione dei coralli, compreso lo sviluppo di uova e sperma all’interno del corallo genitore. Così, i coralli in genere iniziano l’oogenesi (produzione di uova), che richiede più tempo, durante i periodi più freddi dell’anno, mentre la spermatogenesi (produzione di sperma), che richiede meno tempo, inizia più vicino alla fregola, durante i periodi più caldi. La maturazione finale delle cellule sessuali, chiamate gameti, è sincronizzata all’aumento delle temperature poco prima della fregola di massa, e la maggior parte dei coralli depongono le uova quando le temperature si avvicinano al massimo annuale.

La luce agisce sia come segnale ultimo che prossimo, poiché la lunghezza della giornata agisce come segnale temporale, mentre l’energia fornita dalla luce solare è una fonte di energia critica per i coralli durante la deposizione delle uova. Il lavoro del Dr. Van Woesik e dei colleghi ha dimostrato che l’insolazione (la quantità di radiazione solare) è in realtà un migliore predittore della fregola del corallo rispetto alla temperatura.

Figura 2: Modelli che prevedono la fregola del corallo grazie all’insolazione per 6 specie atlantiche (From Van Woesik et al. 2007)

.In particolare, il chiaro di luna è un fattore chiave che può spiegare la deposizione delle uova concentrata a pochi minuti per alcune specie. Il Dr. Levy e i suoi colleghi hanno dimostrato attraverso numerosi studi che i coralli sono in grado di rilevare la luce blu, compreso il chiaro di luna, attraverso sensori di luce specializzati noti come cryptochromes e opsins. Il chiaro di luna è rilevante per la fregola poiché informa il corallo del ciclo delle maree, il quale può influenzare le correnti d’acqua e dettare dove le uova e lo sperma rilasciati viaggeranno nella colonna d’acqua. Mettendo in correlazione il rilascio di ovuli e spermatozoi con fattori oceanografici come le maree e le correnti, i coralli possono massimizzare il potenziale di fecondazione e aumentare il loro successo riproduttivo (fitness).

Allo stesso modo, il tramonto è un indicatore per la fregola di molte specie di corallo. Mentre alcune specie depongono le uova durante il giorno, la stragrande maggioranza lo fa di notte, spesso poco dopo il tramonto. Deponendo le uova dopo il tramonto, non solo i coralli ricevono un segnale di luce per sincronizzarsi tra specie, ma la notte riduce anche la possibilità che i gameti diventino cibo per i predatori visivi.

Figura 3: I ricercatori raccolgono gameti di corallo al momento della deposizione delle uova con dispositivi di raccolta speciali. Credito di immagine Kevin Deacon

Per quanto semplici possano sembrare i coralli, il loro ciclo riproduttivo è molto più complicato di quanto si pensasse in precedenza. La sincronizzazione della della fregola è intrappolata da una serie di sottili segnali che ne facilitano il tempismo e quindi il successo riproduttivo dei coralli. E c’è ancora molto da imparare sulla riproduzione dei coralli in tutto il mondo!

Riferimenti

Guest, J. R., Baird, A. H., Clifton, K. E. and Heyward, A. J. (2008). From molecules to moonbeams: Spawning synchrony in coral reef organisms. Invertebrate Reproduction & Development 51, 145-149.

Levy, O., Appelbaum, L., Leggat, W., Gothlif, Y., Hayward, D. C., Miller, D. J. and Hoegh-Guldberg, O. (2007). Light-responsive cryptochromes from a simple multicellular animal, the coral Acropora millepora. Science 318, 467-470.

Randall, C. J., Negri, A. P., Quigley, K. M., Foster, T., Ricardo, G. F., Webster, N. S., Bay, L. K., Harrison, P. L., Babcock, R. C. and Heyward, A. J. (2020). Sexual production of corals for reef restoration in the Anthropocene. Marine Ecology Progress Series 635, 203-232.

van Woesik, R., Lacharmoise, F. and Koksal, S. (2006). Annual cycles of solar insolation predict spawning times of Caribbean corals. Ecology Letters 9, 390-398.

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