La bioluminescenza batterica e i suoi effetti sulla pompa biologica del carbonio

Bioluminescence represents the main source of light in the ocean depths. Among the bioluminescent components, it is assumed that the most widely distributed in the oceans are the bacterial ones. In this thesis, the characteristics of bacterial bioluminescence and its effects on the sequestration of C by the oceans were analyzed through the process defined as the "biological carbon pump". In the first analysis, current knowledge on symbiotic bacterial bioluminescence in the "luminous organs" and in the digestive tract of fish and molluscs was highlighted, and how the bacteria that participate in this symbiosis are modulated by the host (i.e., through the regular release of large percentages of luminous microorganisms, part of which will colonize the sedimenting organic particulates, increasing their visibility from the higher trophic levels). Subsequently, the various steps of the "journey" of the bioluminescent bacteria as markers of the organic particulate in the water column were analysed, ultimately highlighting how the emission of light contributes to the increase/decrease in the sedimentation rate of the organic particles and the sequestration of CO2 by the deep ocean. In conclusion, a strategy was briefly illustrated which, based on several key points, allows us to further enhance the importance of bioluminescence for the biological carbon pump.

La bioluminescenza rappresenta la principale fonte di luce nelle profondità oceaniche. Tra le componenti bioluminescenti, si assume che quelle più ampiamente distribuite negli oceani siano quelle batteriche. Nella presente tesi sono state analizzate le caratteristiche della bioluminescenza batterica e i suoi effetti sul sequestro di C da parte degli oceani, attraverso il processo definito «pompa biologica del carbonio». In prima analisi sono state messe in evidenza le attuali conoscenze sulla bioluminescenza batterica simbiotica negli «organi luminosi» e nel tratto digestivo di pesci e molluschi, e come i batteri che partecipano a questa simbiosi vengano modulati dall’ospite (i.e., attraverso il regolare rilascio di grandi percentuali di microorganismi luminosi, parte dei quali colonizzerà il particolato organico in sedimentazione aumentandone la visibilità da parte dei livelli trofici superiori). Successivamente sono stati analizzati i vari step del «viaggio» dei batteri bioluminescenti quali marcatori del particolato organico nella colonna d’acqua, evidenziando, in ultima analisi, come l’emissione di luce contribuisca all’aumento/diminuzione del tasso di sedimentazione delle particelle organiche e al sequestro di CO2 da parte dell’oceano profondo. In conclusione è stata illustrata brevemente una strategia che, basandosi su diversi punti chiave, permette di valorizzare ulteriormente l’importanza della bioluminescenza per la pompa biologica del carbonio.