Chaetomorpha linum: 1 riduce nutrienti 2 metalli pesanti

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Chaetomorpha_linum

Osservazioni su allevamento di Chaetomorpha linum (O.F.Müller) Kützing, 1845, in acquario, quale mezzo per la riduzione dei nutrienti, dei metalli pesanti e “la stabilizzazione” del valore pH.

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Figura 1. L’acquario berlinese sperimentale dell’autore, vista parziale dall’alto (foto dell’autore).

Indice

Introduzione

Scopo del seguente articolo, è quello di sottolineare le principali proprietà che contraddistinguono l’allevamento di Chaetomorpha linum negli acquari marini, quali sono le sue principali caratteristiche biologiche e morfologiche, come poter ottenere i vantaggi desiderati, assicurandole condizioni di vita ottimali.

Inoltre ho effettuato sulla base della bibliografia presente su banche dati mondiali ricerche specifiche per ottenere il maggior numero di informazioni scientificamente attendibili.



E’ noto infatti che sul web sono presenti una miriade di informazioni eterogenee alcune pilotate da interessi pubblicitari, altre semplicemente non scientificamente attendibili, è dunque doveroso operare selettive selezioni al fine di filtrare solo studi certi.

Il seguente articolo è il primo di una serie di trattazioni riguardanti l’acquariofilia marina moderna, approcciata da un punto di vista semplice, ma in un’ottica di rigore scientifico, che esclude quindi ogni forma di informazione non sicura, al fine di esporre solo informazioni accreditare.

Nel seguente articolo inoltre ho effettuato alcuni test di verifica sperimentali effettuati nel mio acquario principale, un berlinese da 1000 litri netti, nel quale ho ricavato in sump un vano per lo studio della Chaetomorpha linum.

Le alghe allevate in refugium ben illuminati sono da tempo utilizzate dagli acquariofili marini per i seguenti fondamentali motivi;

  1. riduzione dei nutrienti dall’acqua dell’acquario,
  2. assorbimento della CO2 in eccesso prodotta di notte dalla respirazione aerobica con conseguente limitazione della discesa del valore pH,
  3. produzione di ossigeno,
  4. substrato utile per lo sviluppo dello zoobenthos.

Chaetomorpha è un alga molto adattabile, nitrofila con un elevato tasso di crescita ed ha sostituito con il passare del tempo, soprattutto negli Stati Uniti, le altre macro alghe usate per decenni nei refugium, come quelle del Genere Caulerpa.

Ha infatti caratteristiche adattative e di resistenza superiori, la sua morfologia si adatta bene a saturare gli spazi di ogni forma e volume, non si attacca a rocce o substrati, è improbabile che utilizzi la riproduzione sessuale in acquario e tende a formare spessi filamenti che difficilmente si disarticolano creando poi antipatico sedimento circolante (Alghe e fanerogame marine del Mediterraneo, Conxi Rodriguez –Prieto, Enric Ballesteros, Fernando Boisset, Julio Alfonso Carrillo – Ed. Castello; 2015).

Il suo tasso di crescita in acquario, rispetto ad altre tradizionali macro alghe nitrofile è elevato e cresce bene in acque ipertrofiche, (Production within dense mats of the filamentous macroalga Chaetomorpha linum in relation to light and nutrient 3 availability Dorte Krause-Jensen, Karen McGlathery, Sarren Rysgaard, Peter Bondo Christense, 1996).

Molto interessante è anche l’importante effetto che determina illuminandola a ritmo circadiano invertito, limitando la discesa del valore del pH notturno, conseguenza dell’accumulo della C02 prodotta di notte dalla respirazione aerobica del sistema.

Inoltre sotto il flusso luminoso, cede alla vasca prezioso ossigeno nella fase notturna, fase nella quale è risaputo che il suo tasso tende a scendere.

L’articolo pone in evidenza dunque tutti i vantaggi derivanti dall’utilizzo del filtro a Chaetomorpa in acquario.

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Figura 2. L’acquario berlinese sperimentale dell’autore, vista parziale anteriore (foto dell’autore).

Chaetomorpha linum

Chaetomorpha linum è un alga verde o Chlorophyta, appartiene alla classe Ulvophyceae, ordine Cladophorales famiglia Cladophoraceae, (figura 3).

Alcuni autori la mettono in sinonimia con Chaetomorpha aerea considerandola una forma a vita libera di questa specie, ma la questione tra gli algologi è controversa.

Un’altra forma simile con la quale viene confusa è Chaetomorpha crassa, presente anch’essa negli stessi ambienti lagunari, si distingue per il maggior diametro dei filamenti che possono arrivare ad 800 micron, mentre la Chaetomorpha linum rimane più sottile.

Alcuni autori considerano gli esemplari europei di Chaetomorpha crassa e Chaetomorhpa linum morfotipi di una medesima specie (Burrows 1991; Leliaert & Boedeker 2007), e recentemente sulla base dei dati molecolari, questo sospetto è oggetto di studio.

Chaetomorpha linum è diffusa soprattutto nelle acque salmastre, formando talvolta fitti ammassi, il tallo è inizialmente fisso al substrato ed è formato da lunghi filamenti eretti, che in seguito possono costituire masse flottanti o agglomerati che fluttuano liberamente (Reinert, 1980).

E’ un alga annuale, che vegeta principalmente in lagune litoranee spesso assieme a Ruppia cirrosa, o Zostera noltei, è comune negli ambienti lagunari con oscillazioni termiche e di salinità.

In ambienti eutrofizzati, se presente, è una delle specie che si sviluppano maggiormente, come si vede nel caso della laguna di Orbetello (Marsili-Libelli, 2014)

E' comune in: Mediterraneo, Adriatico, Pacifico orientale, Atlantico centrooccidentale, Oceano Indiano occidentale, ma è probabilmente cosmopolita.

In Italia è presente in forme concentrate nel Golfo di Trieste, nelle lagune di Venezia (Fiorin., 2008), di Varano e Orbetello (Specchiulli et al.al, 2000) e nel lago di Ganzirri in Sicilia (Stabili et al, 2007).



E’ stata inoltre da me pescata nel 2001, durante un campionamento universitario su imbarcazione da pesca con draga a bassa profondità (8-10 metri) nel Mar piccolo di Taranto, e segnalata in seguito in letteratura da Cecere et al., nel 2009.

La colorazione può essere verde - giallastra o verde scuro, a seconda delle condizioni ambientali nella quale cresce (Mauseth, 2003).

Le alghe del Genere Chaetomorpha sono specie composte da filamenti sempre uniseriati e non ramificati. (Reinert, 1980).

I filamenti variano la loro lunghezza da 5 a 35 cm, è una specie composta da filamenti uniseriati con diametro del filamento da 100 micron a circa 375 micron, massimo 585 micron, con celle cilindriche o a forma di botte e moduli non collegati.

Ciascun filamento è costituito da un'unica linea di lunghe cellule, cilindriche, con numerosi nuclei e un cloroplasto reticolato provvisto di numerosi pirenoidi.

Queste cellule, di grandi dimensioni, sono talvolta visibili lungo il filamento con una semplice lente d'ingrandimento.

Cheatomorpha linum - www.fishecoral.com
Figura 3. Cheatomorpha linum (foto dell’autore)

Queste alghe alternano una fase aploide ad una fase diploide e una generazione di sporofito ad una generazione di gametofito, generazioni isomorfe, non tendono a riprodursi in acquario ma solo ad accrescersi.

Ciclo vitale bifase isomorfico. Gametangi e sporangi originati per trasformazione di cellule vegetative terminali, (Raven H. P., Evert F. R., Biologia delle piante, Zanichelli, sesta edizione, 2002).

La riproduzione è dunque sia sessuata mediante isogamia, che asessuata tramite zoospore (Reinert, 1980).

In letteratura vi sono evidenze sperimentali che la Cheatomorpha linum possiede più cellulosa di molte alghe simili (Schultz-Jensen N. et al. 2013).

Inoltre questa biomassa è piu simile in composizione alle biomasse provenienti da piante terrestri (Reinert, 1980), (Mauseth D. J., Botanica biodiversità, Idelson Gnocchi, seconda edizione italiana 2003).

Sempre dalla letteratura apprendiamo che in 100 g di materia secca la Cheatomorpha linum è composta da 34-38g di glucano, 6g di xilano, 9-10g di arabinano, 7g di composti organici non idrolizzabili (NHOC), 21-23g di cenere, 14g di pectine e 6g di cere (Schultz-Jensen N. et al. 2013).

I glucani sono dei polisaccaridi lineari costituiti da molecole di glucosio, mentre arabinani e xilani sono rispettivamente forme polisaccaridi di arabinosio e xilosio e sono i principali componenti delle emicellulose che in contrapposizione alla cellulosa, la cui molecola lineare è formata da unità di solo glucosio, sono costituite da zuccheri differenti ed hanno una struttura ramificata e non fibrosa (PUBMED Pretreatment of the macroalgae Chaetomorpha linum for the production of bioethanol comparison of five pretreatment technologies.Schultz-Jensen N1, Thygesen A, Leipold F, Thomsen ST, Roslander C, Lilholt H, Bjerre AB.2013).

Vantaggi derivanti dall’allevamento della Chaetomorpha linum in acquario.

Rimozione dei nutrienti e dei metalli pesanti dall’acqua dell’acquario.

L’allevamento di Chaetomorpha ha avuto un grande sviluppo tra gli acquariofili marini sia per la rimozione dei nutrienti, in particolare i nitrati e fosfati, ma recentemente si è scoperta anche la sua notevole capacità di assorbire metalli pesanti.

Vi sono diversi studi estratti da PUBMED che hanno evidenziato come Chaetomorpha linum sia un formidabile mezzo per estrarre dalle acque marine alti livelli di metalli pesanti ed in particolare gli ioni di rame (PUBMED Cultivation of the Marine Macroalgae Chaetomorpha linum in Municipal Wastewater for Nutrient Recovery and Biomass Production; 2017).

Un altro studio, pubblicato su PUMED, prende in considerazione l’assorbimento di metalli pesanti da parte di varie specie algali (PUMED, Metals accumulation in edible marine algae collected from Thondi coast of Palk Bay, Southeastern Indi Arulkumar A1, Nigariga P2, Paramasivam S3, Rajaram R4, 2019), da questo studio si evince che Chaetomorpha linum studiata e monitorata nelle stesse condizioni, conteneva più alte concentrazioni di metalli (Cd 8,51 mg kg-1, Pb 5,24 mg kg-1, Cu 15,38 mg kg-1 e Zn 22,34 mg kg-1) di tutti gli altri campioni di alghe testate.

Il bio assorbimento è dunque un potenziale importante approccio per il bio trattamento di siti acquatici inquinati da ioni di metalli pesanti o per il bio trattamento delle acque di scarico di impianti industriali che utilizzano acque di mare per i loro processi produttivi arricchendoli di metalli pesanti (PUBMED Cultivation of the Marine Macroalgae Chaetomorpha linum in Municipal Wastewater for Nutrient Recovery and Biomass Production; 2017).

Chaetomorpha linum ha ricevuto grande attenzione per il suo elevato potenziale di bio assorbimento, anche utilizzata in co-applicazione con altre macro alghe marine, essendo una specie a crescita rapida potrebbe essere utilizzata a livello industriale come bio assorbente per il trattamento dei flussi di acque reflue contaminate da Cu (2+) e Zn (2+), (PUBMED; Biosorption of Cu(2+) and Zn(2+) from aqueous solutions by dried marine green macroalga Chaetomorpha linum; Ajjabi LC1, Chouba L.2009)

La capacità massima di assorbimento ad esempio del Rame è risultata essere superiore a quella di molti altri bio assorbenti.

I risultati ottenuti hanno rivelato che questo nuovo metodo potrebbe essere un materiale promettente per l’assorbimento dei metalli pesanti, in acquario.

Inoltre in un prossimo futuro, potrebbe anche essere utilizzato a livello industriale quale trattamento di bio assorbenza, o nelle acque costiere inquinate da elevati tassi di metalli pesanti.

Stabilizzazione del pH

E’ noto che dallo spegnimento luci, fino alla riaccensione, il valore pH in acquario per effetto della respirazione aerobica della vasca tende a scendere.

L’allevamento di specie algali robuste in refugium è un idea migliorativa che tende a limitare la discesa del valore pH illuminando a ritmo circadiano invertito.

E’ noto che una maggior stabilità del pH tra giorno e notte è migliorativa in un acquario marino.

In effetti, diversi acquariofili americani, avevano già notato che le masse algali per ottenere un risultato di rilievo sul pH, dovevano avere masse intorno al 10% rispetto al volume netto in litri della vasca.

Ho voluto dunque effettuare un esperimento nella mia vasca principale monitorando per circa sei mesi il fenomeno dell’allevamento di Chaetomorpha linum, con quantità algali di circa il 7%. Si è visto a livello sperimentale che una quantità di Chaetomorpha linum, del 7 % rispetto al volume netto in litri della vasca principale, può già limitare la discesa del valore pH in acquario, mediamente di 0.15 pH. (valori con oscillazioni massime comprese tra 0.1 pH - 0.2 pH).

Dunque un dato interessante simile a quello proposto dai reefer americani i quali proponevano quantità minime intorno al 10% per avere effetti simili.

L’illuminazione è stata effettuata con 4 faretti da 5watt, 450 lux, (figura 4), per un totale di (1800 lux) 6500 kelvin per 14 ore al giorno nell’arco di circa 6 mesi.

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Figura 4. Faretti a led utilizzati per l’illuminazione di Cheatomorpha linum (foto dell’autore)

Il rapporto energia spesa / effetto ottenuto, può essere migliorato utilizzando spettri luminosi fitostimolanti, ma anche con banali faretti a led a tono di colore 6500K si hanno buone risposte.

Per un fatto di sicurezza consiglio di utilizzare lampade alimentate a 12/24 volt.

Per effettuare la separazione in sump ho utilizzato una robusta grigia in materiale plastico atossico per taleari, scorrevole, ancorata ai lati lunghi della sump con supporti e ventose, ricavando così un vano di volume stimato di 70 litri, (figura 5).1

La circolazione dell’acqua essendo un contenitore di altezza di circa 22-24 cm deve essere assicurata da due correnti d’acqua continue e costanti, una con spinta da sotto ed una con flusso da sopra.

Inoltre è buona norma ogni 10 giorni circa, portare le alghe a contatto con il fondo della sump da sotto a sopra cosi da assicurare una crescita costante della massa algale lungo tutta la colonna d’acqua.

Ne mio caso specifico ho quindi utilizzato l’uscita dell’acqua del filtro a letto fluido contenente carbone iperattivo per la corrente sotto il letto algale e l’uscita dell’acqua dallo skimmer per la corrente continua di superficie.

La vasca a Chaetomorpha può essere contenuta in sump o in refugium esterni dedicati, ma questo tipo di circolazione sotto e sopra deve essere rispettato.

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Figura 5. Il vano ricavato in sump per Cheatomorpha linum (foto dell’autore)

Produzione di Ossigeno

Il letto algale oggetto di questo articolo esposto ad una luce a spettro bianco freddo di intensità di circa 1800 lumen per 12 ore/die posti a 10 cm dalla superficie dell’acqua, ha mostrato una notevole produzione di ossigeno, evidenziata dalle numerose bollicine che si staccavano dai filamenti che costantemente cedevano all’ambiente.

Ho notato che l’irradianza superficiale se aumentata con altri faretti, riesce a penetrare maggiormente nel tappeto algale stimolando la produzione di O2 anche nelle parti più profonde “del materassino”.

Questo processo di diffusione dell’ossigeno anche negli strati più profondi (se è presente un’intensità luminosa sufficiente), si è visto, essere simile anche nelle biocenosi naturali.

Infatti in mare i materassini algali di Chaetomorpha linum in condizioni favorevoli di luce e idrodinamismo, riescono a fotosintetizzare anche negli strati più profondi, (Oxygen and Nutrient Dynamics within Mats of the Filamentous Macroalga Chaetomorpha linum article in Estuaries and Coasts 22(1):31-38 • March 1999).

Questa interessante scoperta, ben documentata, ci permette di affermare che in uno strato di 22-24 cm di spessore come quello della mia sump c’è la possibilità di fotosintesi anche negli strati a contatto con il vetro di fondo.

Per effetto della rapida crescita, il tappetino algale con il passare del tempo aumenta la sua densità; è proprio a questo punto che occorre smaltire un po’ di materiale al fine di evitare eccessivo compattamento con conseguente riduzione del flusso idrico e luminoso tra i filamenti.

Se invece utilizziamo altezze de “tappetino algale” superiori o intensità luminose inferiori, allora occorre ogni circa 10 giorni rivoltare il tappetino portando lo strato di fondo verso la superficie e viceversa.

Utilizzando questo accorgimento potremmo ottenere una maggiore efficienza fotosintetica, uniformando la fotosintesi su tutto lo strato algale, con conseguente stimolazione ciclica dei cloroplasti anche nelle parti meno irradiate.

Sarebbe interessante in un successivo studio quantificare e poi rapportare la produzione di ossigeno a quella di altre macro alghe bentoniche, poste nelle stesse condizioni di crescita.

Gli indici sulla produttività di ossigeno in mg/l su unità di superficie/peso, di Chaetomorpha linum nel corso di questo studio non sono stati misurati.


Benthos

Chaetomorpha linum forma masse dense di fili intrecciati che forniscono rifugio a una miriade di piccoli invertebrati, (The Marine Life Information Network).

Gli acquariofili hanno scoperto la sua utilità, essendo un substrato favorevole allo sviluppo dello zoobenthos, fondamentale per la complessità della rete trofica della vasca.

Alcuni autori che utilizzavano refugium comunicanti con vani a roccia viva (criptica), hanno notato un effetto migliorativo sulla diversificazione dello zoobenthos.

In questo caso gli organismi erranti del benthos infatti, hanno la possibilità di utilizzare molte più nicchie ecologiche, ed accedere ad una maggiore quantità di risorse.

Per quanto tutti noi sappiamo che la risalita del benthos dalla sump verso la vasca viene disturbata, dalla pompa di carico si è visto che comunque con il passare del tempo il benthos si diversifica anche nella vasca principale.

Questo ci porta a pensare che malgrado l’alto tasso di mortalità causato dalla girante della pompa di carico popolazioni residuali comunque riescono a sopravvivere ed a svilupparsi.

E’ noto infatti che maggiore diversificazione del benthos apporta maggiori benefici sulle catene trofiche, sull’utilizzazione delle risorse e sui rapporti di stabilità del sistema acquario.

Conclusioni

L’obiettivo prioritario delle mie osservazioni, alle quali sono giunto attraverso un attento monitoraggio, è fondamentalmente orientato alla condivisione e diffusione di informazioni concretamente fruibili, rivolte agli appassionati cultori di acquariologia marina, affinché possano trarre vantaggio nella gestione dei propri acquari domestici, sia che essi siano acquari, mediterranei, atlantici, o tropicali, in quanto queste informazioni possono essere sfruttate appieno da tutti i sistemi.

E’ mia premura segnalare inoltre, i seguenti fattori collaterali negativi, direttamente osservati da me, come parimenti segnalati da altre fonti competenti:

  1. rischio (abbastanza frequente), di disarticolazioni di parti algali e possibilità di intasamento di pompe di aspirazione (carico e skimmer),
  2. rischio (limitato) di decomposizione organica di parti disarticolate e rimaste imprigionate in zone varie della sump, anche a seguito della movimentazione algale che si effettua ogni 10 giorni circa,
  3. rischio (abbastanza frequente) di maggior aumento di sedimento sul fondo della sump,
  4. rischio (raro), di moria improvvisa della colonia algale.

Raccomando di non liberare in ambiente porzioni di questa versatile alga, anche se è già presente in Mediterraneo, in quanto tende ad adattarsi molto velocemente a svariati biotopi, divenendo specie pioniera e competendo con le specie autoctone, un pò come è successo in passato, con le specie alloctone Caulerpa racemosa e Caulerpa taxifoglia.

Buon Reef

Dr. Alberto Cavallazzi

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