L'impatto di fattori abiotici selezionati sul processo di schiusa delle Artemia attraverso il reale

Dec 19, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6370 (2023) Citare questo articolo

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Gli studi attuali sugli impatti abiotici sull'Artemia, un crostaceo ampiamente utilizzato in acquacoltura, e sull'ecotossicologia, si concentrano spesso sull'analisi degli endpoint (ad esempio, tassi di schiusa, sopravvivenza). Qui, dimostriamo che una comprensione meccanicistica può essere ottenuta attraverso la misurazione del consumo di ossigeno in tempo reale per un periodo di tempo prolungato in una piattaforma microfluidica. La piattaforma consente un controllo di alto livello del microambiente e l'osservazione diretta dei cambiamenti morfologici. A dimostrazione, la temperatura e la salinità vengono scelte per rappresentare parametri abiotici critici che sono anche minacciati dai cambiamenti climatici. Il processo di schiusa delle Artemia consiste di quattro diverse fasi: idratazione, differenziazione, emergenza e schiusa. È stato dimostrato che diverse temperature (20, 35 e 30 °C) e salinità (0, 25, 50 e 75 ppt) alterano in modo significativo la durata delle fasi di schiusa, i tassi metabolici e la schiudibilità. Nello specifico, la ripresa metabolica delle cisti di Artemia dormienti è stata significativamente migliorata a temperature più elevate e con una salinità moderata, tuttavia, il tempo necessario per questa ripresa dipendeva solo da temperature più elevate. La schiudibilità era inversamente correlata alla durata della fase di differenziazione della schiusa, che persisteva più a lungo a temperature e salinità più basse. L'attuale approccio di studio del metabolismo e dei corrispondenti cambiamenti fisici può essere impiegato per studiare i processi di schiusa di altre specie acquatiche, anche quelle con un basso tasso metabolico.

La crescente concentrazione di gas serra causata dall’attività antropica sta modificando il clima globale e uno dei risultati immediati è l’aumento della temperatura ambiente1,2,3. Gli oceani di tutto il mondo, agendo come dissipatori di calore, assorbono la maggior parte di questo calore4,5. L’espansione termica degli oceani come risultato dell’aumento del contenuto di calore, così come lo scioglimento dei ghiacciai, produce un aumento del volume degli oceani, che ha un effetto diretto sulla salinità dell’acqua oceanica6,7, ulteriormente esacerbato dai cambiamenti nel ciclo globale dell’acqua8,9 . Gli effetti delle variazioni di questi parametri sulla riproduzione e sulla salute possono influenzare l'abbondanza e la distribuzione delle diverse specie acquatiche. Sono stati studiati i precisi meccanismi d'azione di diversi fattori ambientali mutevoli, come fattori abiotici10,11 e sostanze tossiche ambientali12,13 sulla risposta fenotipica di diverse specie. Qui, miriamo a ottenere una comprensione meccanicistica degli impatti dei cambiamenti nell'ambiente abiotico sul processo di schiusa delle Artemia, comunemente denominate gamberetti di salamoia, attraverso il monitoraggio in tempo reale. L'Artemia è un alimento vivo popolare utilizzato in acquacoltura per la sua elevata densità nutrizionale, la facilità di allevamento e le dimensioni relativamente ridotte che rendono questa specie ottimale per facilitare l'alimentazione delle larve marine con la bocca piccola14,15. È anche ampiamente utilizzato come organismo modello in studi biochimici, fisiologici, genetici, ecologici ed ecotossicologici16,17,18. Nonostante il fatto che le Artemia vivano in un ambiente ipersalino che rappresenta il loro unico meccanismo di difesa contro i predatori19,20, la comprensione meccanicistica degli effetti dei fattori abiotici sul processo di schiusa delle Artemia può potenzialmente fornire informazioni sugli effetti dell’alterazione della temperatura e della salinità sull’ambiente schiusa di altri crostacei ampiamente diffusi nell’ambiente marino, come i Copepodi.

Le femmine di Artemia sviluppano una cisti da diapausa senza attività metabolica rilevabile durante la modalità di riproduzione di oviparità (diapausa endogena)21. In questa fase dormiente, le cisti possono essere disidratate attraverso l'essiccazione all'aria o la rimozione dell'acqua osmotica, dopodiché le cisti sono quiescenti e possono sopravvivere fino a 28 anni22. Il metabolismo delle cisti può essere ripreso - e può iniziare la schiusa - quando le condizioni ambientali sono favorevoli23, con i parametri ambientali abiotici primari che influenzano la schiudibilità essendo la temperatura dell'acqua e la salinità17,24,25. Numerosi studi precedenti hanno studiato l'impatto di questi parametri ambientali abiotici sulla schiusa delle Artemia26,27,28,29,30,31, tuttavia, la valutazione si è limitata alla misurazione del tasso di schiusa al termine dell'esperimento. Ad esempio, Kumar et al. hanno osservato che le prestazioni ottimali di schiusa di Artemia si sono verificate a 29 °C e con una salinità di 29 parti per mille (ppt)26 mentre Sharahi et al. hanno riscontrato che le condizioni ottimali erano rispettivamente 27–28 °C e 35 ppt30. Hasan et al. hanno dimostrato che la proporzione massima di Artemia si schiudeva quando la salinità e la temperatura erano rispettivamente di 30 ppt e 24 °C e che il tasso di schiusa diminuiva quando la temperatura aumentava da 24 a 32 °C mentre la salinità era compresa tra 20 e 40 ppt27. Ahmed et al. hanno riferito che la salinità ottimale per la schiudibilità è di 20 ppt31. In un altro studio condotto da Bahr et al. sull'influenza della salinità sulla schiusa, la schiudibilità ottimale è stata riscontrata con una salinità di 60 ppt e temperature intorno a 30 °C28. La variazione dei parametri ottimali potrebbe essere dovuta a differenze nelle impostazioni del test (ad esempio, esposizione alla luce25,30,32) o a variazioni nelle condizioni ambientali (dimensione del contenitore, gradienti di temperatura/salinità nei mezzi sfusi).