Super User

Lunedì, 13 Marzo 2023 15:52

Area Tematica 1 - CONTAMINANTI e ECOSISTEMI

Le attività di ricerca svolte nell’ambito dell’Area Tematica Contaminanti e Ecosistemi sono finalizzate allo studio delle sorgenti, dinamiche di trasporto, diffusione e destino di contaminanti normati ed emergenti, incluse le micro/nano plastiche e gli elementi in traccia, negli ecosistemi polari. Tali ecosistemi sono particolarmente sensibili alle perturbazioni esterne, quali le attività antropiche e il cambiamento climatico. Di fatto, le regioni polari costituiscono il serbatoio finale di molti inquinanti emessi alle medie latitudini e trasportati su scala regionale e globale (a lungo raggio) tramite la circolazione atmosferica, oceanica e gli animali migratori: tutti drivers influenzati dal cambiamento climatico in corso. Il riscaldamento globale ha favorito, inoltre, un crescente impatto antropico nelle aree polari a causa dello sviluppo di attività turistiche, di estrazione mineraria e del traffico marittimo con conseguente incremento dell’input locale di contaminazione, incluso l’inquinamento acustico.
Gli effetti diretti ed indiretti di questi cambiamenti combinati alle diverse dinamiche di contaminazione stanno causando la frammentazione e la distruzione degli habitat, l’alterazione delle reti trofiche acquatiche e terrestri, nonché perdita di diversità con ripercussioni anche sulle popolazioni artiche.
In tale contesto, la multidisciplinarietà delle competenze che convergono in questa Area Tematica costituisce un requisito indispensabile per la comprensione degli effetti dovuti all’impatto antropico e al cambiamento climatico negli ecosistemi polari seguendo un approccio One Health e mirando ad una gestione sostenibile di questi ambienti vulnerabili nel prossimo futuro.

Le principali linee di indagine si possono ricondurre ai seguenti ambiti: messa a punto e ottimizzazione di metodi analitici altamente sensibili per la rilevazione degli inquinanti nei comparti ambientali abiotici e biotici, comprensione dei processi di trasporto e distribuzione negli ecosistemi, valutazione delle interazioni con la sfera biologica e degli effetti ecologici, studio delle capacità degli ecosistemi di adattarsi e rispondere alla contaminazione.

Principali settori ERC:
• LS8 - Environmental Biology, Ecology and Evolution
• PE4 - Physical and Analytical Chemical Sciences
• PE10 - Earth System Science

Referenti: Elena Barbaro, Maria Papale, Luisa Patrolecco, Francesca Spataro

Contatti: info-impacts AT isp.cnr.it

Sottotematiche

Inquinanti emergenti e normati

Dallo sviluppo di metodi analitici allo studio dei processi ambientali

Nonostante l'isolamento geografico e la limitata presenza di insediamenti umani, le aree polari sono fortemente influenzate da fenomeni di trasporto a lunga distanza che portano alla dispersione in questi ambienti di inquinanti emessi nelle basse e medie latitudini, oltre che su scala locale. La ricerca scientifica ha permesso di raccogliere serie temporali di dati a lungo termine sulla presenza di metalli pesanti e contaminanti organici persistenti (POPs) in Artico; tuttavia, non esistono ancora programmi di monitoraggio sistematico di tali composti in Antartide.
Più recentemente, l’attenzione si è focalizzata su nuove classi di contaminanti, definiti emergenti, in quanto non ancora inclusi nelle attuali normative ed i cui effetti sugli organismi e sull’ambiente non sono del tutto noti. La determinazione della presenza di tali sostanze nell’ambiente e la valutazione dei loro effetti sugli ecosistemi costituisce un’importante sfida scientifica, considerando la continua produzione di nuovi formulati e le diverse proprietà chimico-fisiche che li caratterizzano. Poiché molti di essi sono molecole bioattive con possibili effetti dannosi sugli organismi e sull’ambiente anche a basse concentrazioni, lo sviluppo di adeguati programmi di monitoraggio risulta di cruciale importanza. Il Programma di Monitoraggio e Valutazione dell'Artico (AMAP) ha indicato che il rischio dovuto alla presenza di inquinanti chimici emergenti ma anche dei più studiati POPs e mercurio ai poli è ancora molto elevato. Pertanto, risulta di interesse prioritario approfondire lo stato di conoscenza di tale tematica nelle aree polari.
Le principali attività di ricerca riguardano:
• Ottimizzazione, standardizzazione di metodi analitici per l’analisi di inquinanti normati (es. IPA, PCB, PBDE, pesticidi organo-clorurati etc.), emergenti (es. residui farmaceutici, fragranze, composti perfluorurati, pesticidi di nuova generazione etc.) e loro metaboliti/prodotti di trasformazione. Analisi suspect screening (eseguita quando vi sono prove/informazioni che una data struttura potrebbe essere presente nei campioni) e non-target screening (analisi di tutte le componenti rilevate, quando non sono disponibili informazioni preliminari).
• Sviluppo di metodi di speciazione chimica per l’identificazione di specie biologicamente attive o di specie prodotte da reazioni fotochimiche.
• Monitoraggio in continuo e a lungo termine di contaminanti organici e inorganici trasportati dalle correnti atmosferiche e oceaniche tramite piattaforme permanenti.
• Studi di bioconcentrazione/biomagnificazione nella rete trofica (screening assessment); valutazione dei profili di suscettibilità agli antibiotici di ceppi batterici isolati da acqua/sedimento.
• Monitoraggio, in situ e in real-time di inquinanti organici e inorganici attraverso l’utilizzo di biosensori.
• Sviluppo e applicazione dell’analisi metabolomica in matrici ambientali per lo studio dei processi degradativi che determinano la produzione di metaboliti potenzialmente inquinanti; tale approccio permette di identificare la presenza di inquinanti non noti e di metterli in relazione con i processi biologici in atto nel sistema.
• Studi in scala di laboratorio (microcosmo e batch) per valutare i processi di degradazione (calcolo del DT50) biotica e abiotica (chimica e fisica), formazione di metaboliti e prodotti di trasformazione, e bioaccumulo in organismi target (specie vegetali ed animali).
• Ottimizzazione, standardizzazione e validazione di biotecnologie innovative per il bio-risanamento e la bio-mitigazione di matrici ambientali impattate da differenti tipologie di inquinanti (organici e inorganici) direttamente in situ.

Principali settori ERC:
• PE4_5 - Analytical chemistry
• PE4_7 - Chemical instrumentation
• PE4_9 - Method development in chemistry
• PE4_18 - Environment Chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution

Micro/Nano plastiche

Inquinamento da plastiche: distribuzione ed impatto sull'ambiente e sul biota

I polimeri plastici sono inquinanti ubiquitari, poiché sono stati osservati in diversi comparti ambientali e in vari taxa, e persistenti, perché possono frammentarsi in particelle sempre più piccole. Si parla infatti di macroplastiche (>20 cm), mesoplastiche (20 cm - 5 mm) microplastiche (5 mm -1 µm) e nanoplastiche (<1 µm). Le microplastiche sono state osservate negli oceani di tutto il mondo, ma anche nei suoli, nell’aria, negli organismi, dalle larve di insetti acquatici ai pesci, e anche in alcuni mammiferi marini. Particelle plastiche sono state osservate a qualsiasi latitudine, dall’equatore al Polo Nord e all’Antartide. I loro percorsi di trasporto possono essere influenzati dalla densità apparente e, soprattutto, dalle dimensioni dei polimeri. Particelle di dimensioni più piccole (<100 µm), denominate small microplastics, possono essere trasportate molto lontano dalla fonte di rilascio. Il tempo di permanenza in ambiente non solo ne condiziona le dimensioni, perché le particelle possono diventare sempre più piccole per effetto della fotodegradazione, dell’azione delle correnti marine e atmosferiche, ma anche la densità apparente, cosicché anche le particelle di polimeri a bassa densità possono affondare lungo la colonna d’acqua accumulandosi nei sedimenti. Poiché non esistono metodi standardizzati per l’analisi, sono necessari studi approfonditi per comprendere il destino ed i percorsi di queste particelle, che possono avere un ruolo pivotale anche nel cambiamento climatico. Infatti, le microplastiche possono fungere sia da nuclei di condensazione per le nubi sia da ice nucleating particles, con impatto sull’albedo e sulla radiazione solare e sullo scioglimento del ghiaccio. Le microplastiche e le nanoplastiche attraverso ingestione possono entrare nella rete trofica e raggiungere l’uomo. Piccoli invertebrati come anfipodi artici o bivalvi (es. mitili) possono ingerire le small microplastics, favorendone la potenziale biomagnificazione lungo la rete trofica, fino a rappresentare un rischio anche per la salute umana. Le small microplastics e le nanoplastiche possono anche essere inalate e, per le loro dimensioni, possono raggiungere organi come i polmoni o il cervello, causando stati infiammatori cronici. La tossicità delle micro e nanoplastiche può essere messa in relazione con la presenza di additivi plastici, quali plastificanti, vulcanizzanti, antiossidanti, ecc.; alcuni di questi composti possono subire leaching durante la rottura delle particelle ed essere rilasciati nell’ambiente. Inoltre, diversi inquinanti persistenti, emergenti e normati, possono essere adsorbiti su particelle plastiche, entrando nella rete trofica con più facilità attraverso la loro ingestione. Particolare interesse è rivolto anche al ruolo di micro- e nanoplastiche come potenziali vettori di comunità microbiche ad esse adese (plastisfera); batteri patogeni (es. vibrioni) e virus trasportati dalle particelle plastiche possono, una volta ingeriti, costituire un rischio per la salute animale. Inoltre, l'inquinamento da polimeri plastici può danneggiare il metabolismo delle comunità microbiche autoctone coinvolte nei cicli biogeochimici con impatti sulla funzionalità degli ecosistemi acquatici e/o terrestri.
Le attività di ricerca riguardano:
• Messa a punto di metodi di pretrattamento mild per l’estrazione simultanea di microplastiche, in particolare small microplastics, e additivi plastici da diverse matrici ambientali
• Messa a punto di metodi analitici (via Micro-FTIR e pirolisi-GC/MS)
• Simultanea quantificazione e caratterizzazione dei polimeri e degli additivi plastici (Micro-FTIR)
• Cross-validazione della caratterizzazione dei polimeri (pirolisi-GC/MS)
• Identificazione di bioindicatori
• Analisi quali- e quantitativa delle comunità batteriche associate a detriti plastici e del loro metabolismo in diverse matrici ambientali (acqua, sedimento, neve)
• Identificazione di biomarkers di stress

Principali settori ERC:
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology
• PE4_5 - Analytical Chemistry
• PE4_9 - Method development in chemistry
• PE4_17 - Characterization methods of materials
• PE4_18 - Environment Chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_4 - Terrestrial Ecology
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)

Fonti, Trasporto e dinamiche ambientali

I contaminanti possono essere trasportati nelle regioni polari dalle più basse latitudini attraverso correnti marine, atmosferiche e animali migratori. Sebbene esistano prove indiscutibili che il trasporto atmosferico a lungo raggio di contaminanti organici e metalli avvenga su scala globale, permangono delle incertezze sul meccanismo dettagliato e sull’estensione di questo fenomeno, nonché sulle proprietà chimico-fisiche degli aerosol che facilitano questo trasporto anche verso gli ambienti polari. Nel valutare il potenziale di trasporto di una sostanza a lunga distanza, la maggior parte degli organi preposti alla regolamentazione si basa attualmente sul monitoraggio dei dati da località remote. Questo metodo di valutazione ha delle limitazioni, in quanto la raccolta dei dati di monitoraggio tende ad essere a posteriori anziché a priori, rispetto alla sua immissione. Pertanto, è possibile che una sostanza abbia un effetto dannoso sull’ambiente prima che possa essere intrapresa qualsiasi azione per regolamentarla o vietarla. Pertanto, questa area tematica si focalizza sia sullo studio delle sorgenti che sui meccanismi di diffusione dei contaminanti, al fine di modellizzare e predire il trasporto a lunga distanza di sostanze esistenti e nuove ancor prima della loro fabbricazione e utilizzo.
Il riscaldamento globale sta influenzando tali processi, alterando così il trasporto a lungo raggio e la distribuzione ambientale dei contaminanti. L'aumento della fusione dei ghiacciai e dello scioglimento del permafrost sta rimobilizzando negli ecosistemi inquinanti precedentemente intrappolati nella criosfera, rendendo le aree polari non più solo un “serbatoio” ma anche una sorgente di inquinamento su scala locale. È stato infatti riscontrato un aumento di vecchi contaminanti (la cui produzione è stata vietata molti anni fa) in tali regioni. Inoltre, il cambiamento climatico ha favorito una maggior presenza umana in queste aree remote, con conseguente sviluppo di attività di pesca, turismo crocieristico, commerciali ed estrazione di risorse (petrolio, gas e minerali), e quindi una maggiore contaminazione su scala locale e regionale. Ulteriore preoccupazione, riguarda l’assenza di appropriate tecnologie di abbattimento disponibili negli impianti di trattamento delle acque. Infine, la presenza, persistenza e distribuzione dei contaminanti è fortemente influenzata dalle peculiari caratteristiche di tali regioni, quali estreme variazioni stagionali di luce, basse temperature, stagioni di crescita brevi e disponibilità limitata di nutrienti.
Le attività di ricerca riguardano:
• Studio delle sorgenti primarie e secondarie di contaminazione nonché dei processi di trasporto a medio e lungo raggio dei contaminanti principalmente mediante lo studio dell’aerosol atmosferico anche grazie all’ osservatorio atmosferico di Gruvebadet.
• Ricostruzione degli andamenti temporali a lungo termine e dell’impatto umano negli archivi ambientali e climatici, quali carote di ghiaccio, sedimento e permafrost.
• Studio dell’influenza della meteorologia locale nella distribuzione spaziale e nell’andamento temporale dei contaminanti, e di come tale effetto possa variare nel tempo.
• Studi in scala di laboratorio (microcosmo e batch) per valutare i processi di degradazione (calcolo del DT50) biotica e abiotica, simulando le reali condizioni ambientali (radiazione, temperatura, umidità, presenza/assenza di comunità microbiche autoctone).

Principali settori ERC:
• PE4_12 - Chemical reactions: mechanisms, dynamics, kinetics and catalytic reactions,
• PEA4_18 - Environment Chemistry
• PE10_1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_3 - Climatology and climate change
• PE10_8 - Oceanography (physical, chemical, biological, geological)
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry
• PE10_16 - Ozone, upper atmosphere, ionosphere
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution
• PE10_18 - Cryosphere, dynamics of snow and ice cover, sea ice, permafrosts and ice sheets
• PE10_21 - Earth system modelling and interactions

Inquinamento acustico

Rumore sottomarino e impatto sugli organismi polari

L’aumento del rumore acustico associato al traffico marittimo e all’utilizzo di sorgenti sonore ad alta intensità per l’esplorazione dei fondali rappresenta un elemento di notevole impatto sugli ecosistemi marini. L’incremento delle attività antropiche nelle aree Polari sta determinando un costante aumento dei livelli di rumore acustico diffuso introdotto in ambiente marino. Se è infatti noto che negli ultimi 60 anni, in alcuni oceani (ad esempio nel Pacifico), si è assistito ad un raddoppio dei livelli di rumore all’incirca ogni dieci anni, possiamo presumere che la crescita nei livelli di questo contaminante in ambiente sottomarino sia stata e sia notevolmente più rapida nelle aree Polari. Gli effetti dell’innalzamento del rumore diffuso sono ampiamente documentati per diverse specie terrestri e marine, dall’innalzamento dei livelli di stress, all’indebolimento fisiologico e alle difficoltà nella comunicazione acustica intra- e interspecifica, con conseguenti alterazioni nel dispendio energetico e abbassamento della risposta immunitaria. Simili effetti sono già stati osservati a tutti i livelli della rete trofica marina ed in particolare in numerose specie di mammiferi marini, di crostacei, molluschi e pesci. La valutazione degli effetti del rumore diffuso a breve e lungo termine a livello di popolazioni, di specie e di ecosistema resta tuttavia di complessa definizione, tenuto conto anche della difficoltà di valutare l’effetto cumulativo dell’esposizione al rumore, associato allo stato fisico, fisiologico e alla sensibilità del singolo individuo, e dell’assenza, per molte aree geografiche, di serie di dati storiche. In questo contesto, e grazie alla disponibilità di osservatori sottomarini e di infrastrutture di ricerca come SIOS in Artide e eLTER in Antartide, ISP sta lavorando per acquisire serie storiche di dati acustici sottomarini nelle aree Polari. I ricercatori coinvolti in questa Area Tematica sono impegnati nella raccolta e analisi di tali dati per caratterizzare le differenti componenti acustiche che insistono nelle aree oggetto di monitoraggio, per stabilire i livelli medi di rumore nei diversi siti di misura e per valutare l’impatto degli stessi sugli ecosistemi. In tale contesto, la raccolta di dati acustici ambientali avviene attraverso l’impiego di registratori autonomi sottomarini operativi fino a 1000 metri di profondità e con autonomia sino ad un anno in funzione del duty cycle adottato.
La raccolta e la successiva analisi dati mirano in particolare:
• allo studio del soundscape sottomarino per la caratterizzazione spazio-temporale delle componenti biologiche, geofisiche e antropiche e lo sviluppo di metodi automatici per l’identificazione delle diverse sorgenti acustiche nelle aree polari;
• alla definizione dei trend a lungo termine per la valutazione dei cambiamenti ambientali e delle forzanti antropiche;
• alla definizione degli effetti ecologici dell’inquinamento acustico sugli organismi marini ed in particolare la valutazione delle dinamiche di presenza/assenza e spostamento, abbondanza stagionale e comportamento acustico, stime di biodiversità acustica e dei relativi trend temporali in relazione alle diverse forzanti antropiche su popolazioni di mammiferi marini, teleostei e crostacei emettitori.
In aggiunta alla raccolta di dati in campo, vengono svolti studi in ambiente controllato per la definizione delle risposte fisiologiche e comportamentali di esemplari esposti al rumore a cui generalmente sono esposti in ambiente naturale al fine di comprendere e prevedere gli effetti a breve, medio e lungo termine dell’inquinamento acustico generato dalle attività umane.
Elemento fondamentale sia degli studi in campo che di quelli in ambiente controllato è lo sviluppo di strumenti di analisi e previsionali per la comprensione delle alterazioni e degli effetti osservabili a livello di popolazioni, specie ed ecosistema.

Principali settori ERC:
• LS4_8 - Impact of stress (including environmental stress) on physiology
• LS8_2 - Biodiversity
• LS8_5 - Biological aspects of environmental change, including climate change
• LS8_11 - Behavioural ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology

Risposte e adattamenti ecosistemici

In ogni ambiente ed in particolare nelle aree polari, gli ecosistemi tendono a mantenere degli specifici equilibri allo scopo di autoperpetuarsi nel tempo, tendendo sempre allo stato di climax. Questa condizione può venire meno o essere profondamente modificata a causa di perturbazioni negli stessi ecosistemi. Se a volte le perturbazioni possono essere anche benefiche (es. favorendo una maggiore biodiversità), quando si parla di immissioni di inquinanti la situazione muta notevolmente. In questo contesto, a valle e/o simultaneamente alle indagini ed agli obiettivi della sezione relativa agli inquinanti emergenti e normati e di quella relativa alle fonti, trasporto e dinamiche ambientali, si sviluppano le linee di ricerca che si occupano degli effetti che queste perturbazioni provocano all’interno degli ecosistemi.
Questo ambito si occupa di valutare il rischio ecologico e le risposte e/o gli adattamenti degli ecosistemi marini e terrestri polari e sub-polari che possono essere relazionati alla presenza di inquinanti emergenti o normati. Le indagini volgono allo studio della composizione e dell’attività metabolica delle comunità microbiche (tecniche di indagine colturali, microscopiche, biochimiche e molecolari etc.) nonché agli effetti sulla rete trofica dovuti alla presenza di inquinanti. Infine, uno sguardo è rivolto alla selezione di microrganismi che possano essere utilizzati per il biorisanamento e quindi alla decontaminazione degli ambienti (in collegamento con le Aree Tematiche Bioscienze e Cambiamenti dei sistemi polari).
Le attività di ricerca riguardano:
• Analisi della risposta delle comunità microbiche ai contaminanti in termini di abbondanza e diversità strutturale e funzionale; effetto dei contaminanti sui profili microbici di suscettibilità ai contaminanti.
• Ricerca di specifici geni appartenenti al mondo microbico, deputati alla resistenza agli inquinanti, in matrici abiotiche ed in specifici microrganismi.
• Studi in scala di laboratorio (microcosmo/mesocosmo, batch) per valutare gli effetti di contaminanti selezionati su singoli ceppi microbici e comunità microbiche autoctone (in termini di struttura, funzione, selezione di ARGs etc.) o organismi target (effetti ecotossicologici diretti e indiretti) rappresentativi del comparto acquatico (es. Vibrio fischeri) o terrestre (es. Eisenia fetida).
• Valutazione di rischio ecologico associato alla presenza di contaminanti e potenziale di bioaccumulo (bioconcentrazione / biomagnificazione) in ecosistemi acquatici e terrestri.
• Analisi del pattern metabolomico di organismi al fine di identificare la presenza di stress in relazione alla presenza di inquinanti o al cambiamento delle condizioni ambientali (temperatura, salinità, CO₂).

Principali settori ERC:
• LS8_1 - Ecosystem and community ecology, macroecology
• LS8_2 - Biodiversity
• LS8_5 - Biological aspects of environmental change, including climate change
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology
• LS9_12 - Ecotoxicology, biohazards and biosafety
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry

Published in Aree Tematiche

Tagged under

Lunedì, 13 Marzo 2023 09:11

Newsletter N.7 Marzo/March 2023

• ISP-Newsletter n.7 Marzo/March 2023 - (Ita - Eng)

In questo numero: In primo piano: La perforazione profonda del ghiaccio dell’HOLTHEDALFONNA - Svalbard (Andrea Spolaor). Qui Dirigibile Italia: Sono arrivata da neofita…(Simonetta Montaguti), Al via la stagione 2023 (Mauro Mazzola). Ricerca in evidenza: La spedizione BioGeoAlbedo (Biagio Di Mauro e Giacomo Traversa), Il Programma TUNU – TEAM-Fish (Nicoletta Ademollo e Simonetta Corsolini). Il Commento: Convegno PRA - l’Artico attraverso la lente della ricerca scientifica (Jessica Marzaro). Cartoline dal campo. Cronache polari: Beyond EPICA - dal campo al web una perforazione lunga 808 metri (Chiara Venier, Clara Turetta e MST)
In this issue:

In this issue: Under the spotlight: The HOLTHEDALFONNA ice field deep drilling - Svalbard (Andrea Spolaor). News from Dirigibile Italia: I came as a neophyte …(Simonetta Montaguti), The 2023 season kicks off (Mauro Mazzola). Research Highlights: The expedition BioGeoAlbedo (Biagio Di Mauro and Giacomo Traversa), TUNU TEAM-Fish Program (Nicoletta Ademollo and Simonetta Corsolini). Comment: PRA meeting: the Arctic through the lens of scientific research (Jessica Marzaro). Postcards from the field. Polar chronicles: Beyond EPICA: from the field to the web, an 808-metre drill (Chiara Venier, Clara Turetta and MST)

Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Published in Archivio news ISP

Tagged under

Giovedì, 02 Marzo 2023 13:17

Area Tematica 5 - BIOSCIENZE

L’Area Tematica Bioscienze si occupa dello studio della biosfera in ambito polare a diversi livelli di complessità biologica, dalle molecole agli ecosistemi e fino ai biomi. In particolare, l’attenzione si concentra sulla descrizione e quantificazione della biodiversità degli organismi che abitano gli ambienti polari, allo scopo di valutarne la complessità a livello strutturale e funzionale. A questo proposito, vengono valutati scenari di shift di popolazioni, cambiamento della biodiversità e dei processi biogeochimici derivanti dal cambiamento climatico e dall’impatto antropico. L’interesse principale è focalizzato sulle interazioni tra aspetti biologici ed ecologici e i processi abiotici e, in particolare, sul ciclo del carbonio e i flussi di energia negli ecosistemi delle regioni polari. Ulteriori campi di indagine riguardano la ricerca di biomolecole di origine microbica, la capacità dei microrganismi polari di degradare contaminanti organici e gli aspetti astrobiologici legati alla vita in ambienti estremi.
I temi centrali delle ricerche svolte nell’ambito dell’Area Tematica Bioscienze sono (1) organizzazione strutturale e funzionale degli ecosistemi polari e dinamiche di popolazioni e comunità; (2) risposta di individui, popolazioni e comunità ad influenze esterne di origine climatica ed antropica (inclusi perdita e frammentazione di habitat, prelievo, estrazione, inquinamento, etc.); (3) risvolti biotecnologici derivanti dall’adattamento alle basse temperature e/o altri fattori fisico-chimici.
Gli obiettivi di ricerca includono:
• lo studio della diversità strutturale e funzionale e l'ecofisiologia degli organismi polari, per fare luce sui limiti dell’adattamento, anche in relazione al cambiamento climatico e all’impatto antropico;
• lo studio della biogeochimica e l'ecologia in habitat marini e terrestri ai Poli, inclusi i fattori ambientali che controllano le interazioni biologiche;
• la stima del potenziale biotecnologico di organismi adattati alla vita a bassa temperatura e/o altri fattori fisico-chimici;
• la comprensione del comportamento e dell’evoluzione degli ecosistemi polari, mediante analisi spazio-temporali dei processi ecologici;
• gestione e conservazione delle risorse marine polari (management);
• confronto fra trends osservati in aree polari e medie latitudini.

Principali settori ERC:
• LS8 - Environmental Biology, Ecology and Evolution
• LS9 - Biotechnology and Biosystems Engineering
• PE10 - Earth System Science

Referenti: Angelina Lo Giudice, Mario La Mesa, Cairns Warren Raymond Lee

Contatto: info-biosciences AT isp.cnr.it

Sottotematiche

Biodiversità e adattamento

Le comunità biologiche polari sono generalmente sottoposte all’influenza di diversi fattori concomitanti alla bassa temperatura, quali disidratazione, copertura di ghiaccio, scarsa disponibilità di nutrienti, esposizione a radiazioni solari nocive (ad esempio radiazioni UV-B), fotoperiodi estremamente variabili e, in casi specifici, elevate salinità e stress osmotico. La biodiversità garantisce il funzionamento di tutti gli ecosistemi, per cui studiare le proprietà e l’evoluzione temporale degli ecosistemi polari costituisce uno strumento di fondamentale importanza per migliorare le nostre conoscenze sullo stato attuale e per fare previsioni su scenari futuri, anche in relazione ai cambiamenti climatici. L’analisi e il monitoraggio della biodiversità delle comunità biologiche e delle loro dinamiche ecologiche costituiscono il punto focale di questa tematica di ricerca. Di particolare interesse è anche lo studio dei meccanismi di adattamento morfologico-funzionale adottati dagli organismi polari per la sopravvivenza in condizioni estreme. Sono inoltre considerati processi temporali e pattern spaziali di greening quale risposta all’approfondimento dello strato attivo del permafrost artico, anche attraverso tecnologie di remote sensing.
La crescente impronta antropica nelle regioni polari, già rese vulnerabili dai cambiamenti climatici in corso, può avere effetti negativi quali inquinamento, distruzione degli habitat, arrivo e proliferazione di specie invasive/aliene e sfruttamento eccessivo delle risorse. Lo studio dei livelli di contaminazione e del potenziale di bioaccumulo e biomagnificazione nella rete trofica permette di fornire informazioni integrate sull'ecosistema identificando gli hotspot in cui le specie possono essere più vulnerabili e sensibili anche alla variabilità climatica. Di interesse è anche lo studio dei processi di colonizzazione di polimeri plastici, con analisi strutturale e funzionale di biofilms microbici (plastisfera) e della loro risposta a forzanti antropiche/naturali.

Principali settori ERC:
• LS8_1 - Ecosystem and community ecology, macroecology
• LS8_2 - Biodiversity
• LS8_5 - Biological aspects of environmental change, including climate change
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• LS8_13 - Marine biology and ecology
• PE10-1 - Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution

Biogeochimica

Le attività di ricerca riguardano lo studio dei processi biologici marini e terrestri che modulano e influenzano le caratteristiche chimiche dell’ambiente polare e i relativi cicli di materia ed energia, anche in relazione ai cambiamenti climatici. Particolare attenzione è rivolta alla valutazione del ruolo dei microorganismi nel ciclo globale del carbonio e nei cicli biogeochimici dei nutrienti (azoto, fosforo) di ambienti marini e limnologici (laghi e fiumi), attraverso lo studio dei processi sia produttivi che degradativi. Tra questi, le attività coinvolte nella produzione, decomposizione e mineralizzazione dei polimeri organici, attraverso stima dei tassi di attività microbica (enzimatica e respiratoria). Oltre che sulla comunità microbica in toto, analisi vengono condotte anche su ceppi batterici isolati da matrici ambientali o da microflora associata ad organismi al fine di caratterizzarne i profili biochimici e le potenzialità nei processi di decomposizione e mineralizzazione della materia organica. I dati ottenuti costituiscono uno strumento indispensabile per comprendere la risposta delle comunità microbiche alle variazioni ambientali e gli impatti potenziali sul funzionamento dell’ecosistema polare. I processi biogeochimici mediati dalla componente microbica sono oggetto di studio anche nell’ambito della criosfera per comprendere il significato ecologico dei microbi nella neve e nel permafrost, e la loro capacità di mantenere un metabolismo attivo in condizioni di vita estreme.

Principali settori ERC:
• LS8_10 - Ecology and evolution of species interactions
• LS8_12 - Microbial ecology and evolution
• PE10_9 - Biogeochemistry, biogeochemical cycles, environmental chemistry

Biotecnologie

La maggiore comprensione dei processi biologici e i recenti progressi nel campo delle biotecnologie consentono di utilizzare il mondo naturale per ottenere progressi in diversi settori industriali, quali ad esempio lo sviluppo di farmaci e additivi alimentari. In generale, il termine bioprospecting viene adoperato per indicare l'esplorazione di esseri viventi e materiale biologico ai fini della ricerca di biomolecole che possano essere utili per l’uomo. In questo ambito, risorse genetiche scarsamente conosciute e poco descritte presentano un alto potenziale per la scoperta di nuovi e preziosi prodotti naturali. Pertanto, gli organismi polari, date le loro peculiari capacità metaboliche e gli adattamenti fisiologici a condizioni ambientali estreme, ben si prestano allo scopo.
Non viene, inoltre, trascurato lo sviluppo di nuove biotecnologie in grado di realizzare opere di bio-risanamento e bio-mitigazione di matrici ambientali impattate da differenti tipologie di inquinanti (organici e inorganici) direttamente in-situ, stimolando la comunità microbica indigena sia essa aerobica, microaerofila o anaerobica, includendo funghi e alghe, al fine di sviluppare nuove strategie di bioremediation (e.g. bioaugmentation, biostimulation, phytoremediation). Batteri psicrofili, come elemento biologico, vengono utilizzati per lo sviluppo di nuovi biosensori per il monitoraggio in real-time e funzionanti a basse temperature. I biosensori basati su cellule batteriche offrono il vantaggio di avere un’elevata specificità verso il substrato e un immediato meccanismo di risposta divenendo un valido sistema di early-warning sulla presenza (biodisponibilità) dell’inquinante e sul suo effetto sui sistemi viventi.

Principali settori ERC:
• LS9_4 - Microbial biotechnology and bioengineering
• PE10_17 - Hydrology, hydrogeology, engineering and environmental geology, water and soil pollution

Astrobiologia

Gli ambienti estremi possono essere sfruttati come analoghi terrestri per la ricerca di risposte legate all'origine, evoluzione e distribuzione delle forme viventi nell'universo. I loro parametri geologici ed ambientali non replicano del tutto, ma certamente mimano quelli riscontrati ad esempio su Marte e Venere, e le lune di Giove (ad esempio Europa) e Saturno (Titano ed Encelado). In questo contesto, allo scopo di stabilire se le condizioni fisico/chimiche di un determinato corpo celeste possano sostenere la vita come noi la conosciamo sulla Terra, alcuni habitat polari sono l’oggetto di indagini sull’abitabilità galattica. Recenti evidenze scientifiche hanno dimostrato, infatti, come i laghi iper-salati antartici, i laghi sub-glaciali ed anche i vulcani sub-glaciali presentano fortissime similitudini con possibili hot-spot di vita in contesti extraterrestri come i poli Marziani e le spesse coltri di ghiaccio ed i sottostanti oceani di Europa ed Encelado. Tali ambienti si prestano per testare metodologie, protocolli e tecnologie, atti sia alla ricerca di possibili tracce di vita in future missioni spaziali sia per stabilire i processi fisici e chimici o i meccanismi di sopravvivenza e adattamento degli organismi a queste condizioni estreme. Le informazioni ottenute tramite questi studi sono essenziali per migliorare la comprensione delle capacità metaboliche di organismi poli estremofili, in vista di un loro possibile utilizzo per il bioprospecting biotecnologico, e per ampliare le nostre conoscenze sui limiti ambientali ai quali la vita è stata in grado di adattarsi, sia nel presente sia nel passato geologico. Temi attuali di frontiera sono la produzione di cibo e/o di energia da parte di microorganismi. Questi studi nei prossimi decenni saranno la base per le prossime sfide di conquista di nuovi mondi.

Principali settori ERC:
•PE9_4 - Astrobiology

Published in Aree Tematiche

Tagged under

Venerdì, 24 Febbraio 2023 11:09

MIMIC

Title: Multidisciplinary Investigations on mount Melbourne volcano and its fumarolic Ice Caves
Acronym: MIMIC
Research Unit Leader ISP: Violetta La Cono
Leading Institution: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
Funding: Ministero Università e Ricerca - Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (MUR-PNRA)
Period of activity: 2020 - 2022

Published in Archivio Progetti

Tagged under

Venerdì, 24 Febbraio 2023 10:10

SAMOTRHACE

Title: SiciliAn Micro and NanO TecHnology Research and InnovAtion Center
Acronym: SAMOTHRACE
Research Unit Leader ISP: Mikhail Iakimov
Leading Institution: Institute for Microelectronics and Microsystems (CNR-IMM)
Funding: Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR)
Period of activity: 2022 - 2025

Published in Progetti attivi - Active Projects

Tagged under

Martedì, 21 Febbraio 2023 08:09

Siglato memorandum of understanding tra KOPRI e ISP

Un memorandum of understanding è stato siglato tra l'Istituto di Scienze Polari del CNR e l'Istituto Coreano di Ricerca Polare (KOPRI) il 15 novembre 2021. Il 20 febbraio 2023 i due direttori degli Istituti si sono finalmente incontrati al #ASSW2023, formalizzando con una stretta di mano una cooperazione che già da anni vedeva coinvolti i ricercatori di Italia e Corea.

A memorandum of understanding was signed between the Institute of Polar Sciences CNR-ISP and the Korea Polar Research Institute (KOPRI) on the 15th of November 2021. On the 20th of February 2023 the two directors finally met at #ASSW2023 in Vienna, sealing and renewing with a handshake a long established cooperation between Italy and Korea.

Published in Archivio news ISP

Tagged under

Martedì, 21 Febbraio 2023 06:45

Attività del progetto LASAGNE In Edisto Inlet (Mare di Ross - Antartide)

20 Febbraio 2023

Si è appena conclusa l’attività del progetto Lasagne (Laminated sediments in the magnificent Edisto Inlet (Victoria Land): What processes control their deposition and preservation?) coordinato da Leonardo Langone di CNR-ISP in Edisto Inlet (Mare di Ross).
Il mooring MEI è stato recuperato, manutenzionato e rimesso a mare per un altro anno di misure. Nel corso della crociera oceanografica con N/R Laura Bassi sono state inoltre occupati 7 siti della baia dove sono stati effettuati campionamenti di acqua e sedimento superficiale. La baia è stata inoltre coperta da una fitta rete di stazioni CTD integrate con profili di velocità L-ADCP.

La nave ha infine acquisito dati di batimetria multifascio, Topas e vmADCP durante i transiti tra una stazione e l’altra. La campagna è stata un successo per l’enorme mole di dati acquisiti nonostante la nave abbia dovuto continuamente aprirsi un varco nel ghiaccio marino che ancora occupava la baia. (Foto: recupero della Rosette con sonda CTD - L. Langone)

Published in Archivio news ISP

Tagged under

Venerdì, 17 Febbraio 2023 09:56

SENTINEL

Title:The impact of sea ice diSappearance on highEr North aTlantic clImate and atmospheric bromiNe and mErcury cycLes
Acronym: SENTINEL
Principal Investigator ISP: Andrea Spolaor
Leading Institution: Institute of Polar Sciences (CNR-ISP)
Funding:Ministry for University and Research - Artic Research Program (MUR-PRA)
Period of activity: 2021 - 2024

Published in Archivio Progetti

Tagged under

Martedì, 14 Febbraio 2023 12:13

ELENO

Title: Habitat templatE, microbiaL signaturEs and icoNic life in a changing Arctic Ocean
Acronym: ELENO
Principal Investigator ISP:Maurizio Azzaro
Leading Institution:Institute of Polar Sciences (CNR-ISP)
Funding: Fondation PONANT within ARICE
Period of activity: 2023 - 2024

Published in Archivio Progetti

Tagged under

Venerdì, 10 Febbraio 2023 06:51

Brine ipersaline endoglaciali antartiche: un crioecosistema terrestre unico

7 Febbraio 2023

La diversità microbica accoppiata a quella geochimica ha rivelato un'unicità di habitat nelle brine endoglaciali del ghiacciao di Boulder Clay in Antartide. Si tratta di crioecosistemi considerati analoghi terrestri di quelli potenzialmente presenti su altri pianeti del nostro sistema solare. Le indagini svolte dal CNR-ISP di Messina (in collaborazione con le Università dell’Insubria capofila, Perugia, Venezia e Bolzano) nell'ambito del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA) suggeriscono una probabile origine antica delle brine, dovuta principalmente a una progressiva crioconcentrazione di acqua marina. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Scientific Reports.

Comunicato stampa CNR

Published in Archivio news ISP

Tagged under