Prochlorococcus marinus (Chisholm et al., 1992) è una specie di microrganismo marino scoperta nel 1986 ed appartenente al gruppo dei cianobatteri (o cianofite, in passato chiamate alghe verdi-azzurre) ed è l’organismo fotosintetico più piccolo noto all’uomo ed al tempo stesso più abbondante sul pianeta.
Caratteristiche
Prochlorococcus marinus è un organismo le cui dimensioni si aggirano tra 0.5 e 0.8 µm di lunghezza e tra 0.4 e 0.6 µm di larghezza sebbene queste dimensioni varino lungo la colonna d’acqua, rendendone imprecisa l’identificazione al microscopio ottico.
Al contrario degli altri organismi fotosintetici non ritroviamo nei cloroplasti di Prochlorococcus marinus la clorofilla a (Chl a) né quella b (Chl b) bensì due pigmenti estremamente simili ad essi: la clorofilla a2 (Chl a2) e la clorofilla b2 (Chl b2). Sono presenti anche altri pigmenti accessori, come α-carotene, ficobiline e alcune forme di Chl c, condivisi con altri organismi quali clorofite e criptomonadi.
Nei primi anni dalla sua scoperta sono stati identificati una serie di ceppi in vari campionamenti in tutti i mari del mondo (ad esempio SAR dal Mar dei Sargassi e MED dal Mar Mediterraneo che sono stati trovati tra gli anni ’80 e ‘90). Il genoma di molti ceppi è stato sequenziato negli ultimi anni e varia da 1.6 a 2.7 Mbp; grazie a queste conoscenze sono stati identificati due ecotipi principali: un ecotipo composto di ceppi adattati ad alti livelli di luce (con un basso rapporto tra Chl b2/Chl a2) ed un altro ecotipo di ceppi adattati a luminosità minori (con un alto rapporto Chl b2/Chl a2).
Una sua importante caratteristica è la capacità di crescere in acque oligotrofiche, ovvero con livelli di nutrienti estremamente bassi; le sue ridotte dimensioni lo portano ad avere un elevato rapporto superficie/volume che permette un migliore uptake dei pochi nutrienti presenti. Questa caratteristica è molto importante in ambiente pelagico tropicale/subtropicale, dove i nutrienti a livello della superficie sono solitamente scarsi.
Filogenesi
| Regno | Bacteria |
| Sottoregno | Gracilicutes |
| Phylum | Cyanobacteria |
| Classe | Cyanoficeae |
| Sottoclasse | Synechococcophycideae |
| Ordine | Synechococcales |
| Famiglia | Synechococcaceae |
| Genere | Prochlorococcus |
| Specie | Prochlorococcus marinus |
Distribuzione
La distribuzione di Prochlorococcus marinus è compresa tra i 40° N e i 40 °S: rientrano in questa fascia mari tipicamente tropicali e subtropicali, dove fenomeni di downwelling causano lo sprofondamento delle acque superficiali, con sottrazione di nutrienti dalle prime decine di metri della colonna d’acqua.
Se ci spostiamo a latitudini maggiori la sua concentrazione diminuisce man mano che cala la temperatura, sino alle zone subpolari dove è praticamente assente.
Se osserviamo la distribuzione verticale viene ritrovato in grandi quantità dalla superficie fino al limite della zona eufotica nella cosiddetta “Twilight Zone” (attorno ai 100 – 150 m di profondità).
Ecologia
Prochlorococcus marinus è un cianobatterio appartenente al gruppo del picofitoplancton, la componente del fitoplancton compresa fra 0.2-2 μm.
Le sue concentrazioni sono dell’ordine di 105 cellule per ml d’acqua, rendendolo l’organismo fotosintetico più abbondante negli oceani e sull’intero pianeta: è stato stimato che il 20% di tutto l’O2 prodotto per fotosintesi derivi da questo organismo. Gioca un ruolo fondamentale nel ciclo del C, sottraendo grandi quantità di CO2 all’atmosfera e organicandolo nella propria crescita. L’importanza che questo processo ecologico riveste risulta al pari delle praterie di fanerogame marine e delle foreste di kelp.
Data la sua elevata produzione primaria non sorprende che sia alla base di molte reti trofiche marine, subendo il pascolo di organismi che variano dal microzooplancton (es. ciliati) in ambiente pelagico a poriferi (spugne) in ambiente costiero. Il ruolo dei batteriofagi nel ciclo vitale di Prochlorococcus marinus è ancora poco studiato e si ipotizza sia simile a quanto rilevato per i membri del genere Synechocchus.
Secondo un recente studio, la produzione primaria e la crescita di Prochlorococcus marinus sono sensibili agli inquinanti antropici e alla plastica, con conseguenze negative sulla catena del pascolo e sulle reti trofiche marine. Questo specialmente in caso l’impatto dell’uomo negli ambienti oceanici dovesse aumentare.
Al contrario l’incremento delle temperature superficiali degli oceani, sempre dovuto alle attività umane, allargherebbe l’areale della specie verso i poli, ma è ancora presto per comprendere quale dei due fenomeni sarà quello portante.
Metodi di identificazione e Coltura
L’identificazione di Prochlorococcus marinus avviene principalmente tramite citometria a flusso o microscopia ad epifluorescenza mentre rimane difficoltosa quella tramite microscopia ottica, dove è difficile distinguerli dai membri del genere Synechococcus.
A differenza di altri cianobatteri e microrganismi marini non viene utilizzato il terreno Zobell: il principale terreno di coltura risulta essere acqua marina arricchita con urea, β-glicerofosfato, un mix di metalli in tracce e 100 µM di CPTC, un agente chelante; sebbene esistano altre miscele, questa si è rivelata quella in grado di sostenere la migliore crescita batteria. La temperatura non deve scendere sotto i 10 °C, temperatura che in ambiente segna il confine fra le latitudini dove essi prosperano e dove non sono in grado di sopravvivere.
Fonti:
- Phycology, R.E Lee, 4th Edition
- WoRMS: http://www.marinespecies.org/aphia.php?p=taxdetails&id=345516
- Partensky et al., 1999 – Prochlorococcus, a Marine Photosynthetic Prokaryote of Global Significance
https://mmbr.asm.org/content/63/1/106 - Rocap et al, 2003. Genome divergence in two Prochlorococcus ecotypes reflects oceanic niche differentiation
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12917642/ - Flobaum et al., 2013 – Present and future global distributions of the marine Cyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus
https://www.researchgate.net/publication/236908921_Present_and_future_global_distributions_of_the_marine_Cyanobacteria_Prochlorococcus_and_Synechococcus - Tetu et al., 2019 – Plastic leachates impair growth and oxygen production in Prochlorococcus, the ocean’s most abundant photosynthetic bacteria
https://www.nature.com/articles/s42003-019-0410-x - Figura 1: By Luke Thompson from Chisholm Lab and Nikki Watson from Whitehead, MIT – flickr, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=79705118
- Figura 2: www.researchgate.net/figure/Present-global-distribution- of-Prochlorococcus-and-Synechococcus-abundance-A_fig2_236908921
