Cianobatteri in acquario

30.12.2015 10:58

Cianobatteri in acquario.

 

I cianobatteri conosciuti anche come alghe verdi-azzurre per la maggioranza degli acquariofili rappresentano una sorta  di flagello, qualcosa capace di distruggere una vasca nel giro di pochissimo tempo, la cui comparsa può verificarsi a volte in maniera tanto repentina quanto all’apparenza  inspiegabile. Tra i vari generi, possiamo trovare specie che prediligono l’acqua stagnante, altre che di contro amano la corrente, specie che amano acque dure e specie che invece si sviluppano in acque acide. Nemmeno l’illuminazione in acquario può ritenersi un fattore limitante, in quanto anche da questo punto di vista, si rivelano estremamente adattabili. Alcune specie sono addirittura in grado di sopravvivere in completa oscurità per tempi estremamente lunghi senza alterazioni profonde del corredo proteico. Un aspetto importante è anche la produzione di numerosi metaboliti, non ascrivibili alle esigenze del metabolismo primario.

Non bisogna dimenticare, infatti, che sono ad esempio capaci di produrre biotossine in grado, se assunte in forti concentrazioni, di uccidere persino mammiferi delle dimensioni di una mucca, che si abbeverino ad un’acqua dove si sia verificata una consistente “fioritura”.

 

 

Fioritura di cianobatteri

 

 

 Il solo contatto con certe specie può fotosensibilizzare le parti toccate causando la formazione di eritemi e pustole e questo indifferentemente in animali ed uomini.

Questa breve premessa non sarebbe completa se non se ne si citasse anche qualcosa di positivo. E’ giusto ricordare, infatti, che dopo gli attinomiceti sono tra i maggiori serbatoi naturali di sostanze da cui ricavare ad esempio antibiotici. Ma ancora più importante, credo sia il fatto che da essi e non dalle piante superiori, dipenda buona parte della presenza di ossigeno nell’atmosfera terrestre.

Parlando di cianobatteri, dobbiamo renderci conto che ci troviamo dinanzi ad organismi molto complessi che ogni acquariofilo dovrebbe cercare di conoscere almeno un po’ nel tentativo di prevenirne, per quanto possibile, lo sviluppo. Non va dimenticato ad esempio che le  spore di molte specie si trovano un po’ ovunque e che è praticamente impossibile non introdurne in acquario.

 

Cenni di classificazione

 

Secondo il metodo classico messo a punto dal danese  Christian Gram, i batteri possono essere classificati in due grosse categorie: gram-positivi e gram-negativi, a seconda che assumono o meno uno specifico colorante.

Nella moderna classificazione, anche se va sottolineato che non tutti i ricercatori sono d’accordo, i cianobatteri, conosciuti anche come alghe verdi-azzurre, alghe azzurre, alghe blu o più correttamente come cianoficee, vengono considerati batteri gram-negativi. In realtà si dovrebbe parlare di eubatteri, ma in questa sede, per non complicare troppo le cose continueremo a considerarli più semplicemente batteri, ignorando le distinzioni che oggi, invece, si fanno tra quelli che un tempo erano tutti organismi  ascritti ad un’unica divisione.

Si tratta di organismi autotrofi, ovvero d’organismi che usano il processo di fotosintesi per trasformare anidride carbonica  ed acqua nella molecola organica di glucosio e di servirsene quale base di partenza per  giungere a molecole più complesse.

Possono crescere come cellule singole oppure come filamenti.

Si identificano generalmente come cianobatteri circa un centinaio di specie, le cui dimensioni variano da pochi micron (un micron è la millesima parte di un millimetro) sino a svariate decine di micron. Secondo una vecchia classificazione, a cui però, sono rimasto affezionato, i cianobatteri possono essere raggruppati in tre distinti ordini:

 

  • Chroococcales, unicellulari, con riproduzione per scissione.
  • Hormogonales, filamentosi, con riproduzione per distacco di cellule dall’apice.
  • Chamaesiphonales, unicellulari o pluricellulari, con riproduzione per mezzo di forme cellulari simili a spore detti acineti.

 

Tra i vari generi, vale la pena  citarne alcuni, tra quelli che maggiormente possiamo ospitare in acquario:

 

  • Oscillatoria è uno dei più comuni, probabilmente il genere di cianobatteri che più spesso compare in acquario. I rappresentanti di questo genere hanno tutti aspetto filamentoso, non ramificato, con una colorazione alquanto variabile, che può andare dal classico verde-azzurro al rossastro sino a presentarsi in certe specie di un violaceo quasi nero. Al genere appartiene O. princeps che si può trovare in ammassi gelatinosi nerastri oppure libera in acqua. Le cellule sono lunghe 3-7 micron, larghe 16-68 micron. In natura la troviamo in acque correnti torbide od in acque stagnanti. Molto frequente in acquario si presenta O. limosa che forma ammassi di un verde molto scuro o bruni. Ha cellule lunghe 2-5 micron e larghe 11-22 micron.
  • Synechococcus il cui habitat in natura è estremamente vario; ma caratteristica soprattutto dei terreni paludosi. In acquario si sviluppa più difficilmente rispetto al genere precedente. Si tratta di un genere caratterizzato da cellule singole, talvolta riunite a coppie, dall’aspetto cilindrico od ellissoidale. Il colore sia nei singoli esemplari che in effluorescenze è quello tipico verde-azzurro. S.aeruginosus  ha cellule larghe 7-20 micron e lunghe 12-40 micron.
  • Lyngbya estremamente comune, dall’aspetto filamentoso. Si sviluppa facilmente in acquario. Le cellule sono molto piccole, lunghe 1-3 micron, larghe 1-1,5 micron.
  • Spirulina caratteristica delle acque stagnanti, dall’aspetto filamentoso. I filamenti sono lunghi in S. abbreviata 20-60 micron e larghi 3-5 micron. Il colore è di un classico verde-azzurro molto intenso.

 

Altri generi che vale la pena di ricordare, pur comparendo meno frequentemente nei nostri acquari, sono: Polycystis, Nostoc ed Anabaena.

 

Come riconoscerli

 

Trascurando per ovvi motivi la struttura microscopica, si può dire che una delle principali caratteristiche di questi organismi risieda nella particolare colorazione grazie alla quale, dopo una certa esperienza, possiamo riconoscerli con sufficiente facilità. Molto spesso nei nostri acquari si presentano con sfumature verdi che virano nell’azzurro od al contrario con sfumature azzurre che virano nel verde; ma possiamo avere  anche sfumature di colore differente come il verde rame, un blu scuro dai riflessi metallici, un verde quasi nero ed un giallo tendente al bruno a seconda delle specie e del conseguente modo d’aggregarsi. Proprio da unioni di cellule spiaggiate  sulle rive, che una volta essiccate danno vita a macchie di color blu-turchese, deriva il nome d’alghe blu. Nelle “fioriture” cioè quando l’acqua pare tingersi di vernice per l’alto numero di organismi presenti, si possono registrare anche qui tutta una serie di colorazioni che vanno dal verde al rosso purpureo.

Ma come possiamo distinguerli dalle altre alghe nella nostra vasca? Per fortuna vi sono tutta una serie d’indizi che ci permettono di fare a meno del microscopio:

 

  • Il colore. Il più delle volte, almeno in acquario, si presentano di un intenso colore verde azzurro dai riflessi quasi metallici.
  • Velocità di crescita. In breve tempo ricoprono ogni cosa, tanto che da un giorno con l’altro se ne può verificare l’aumento. Nelle altre  specie “algali” la crescita è molto più lenta.
  • L’odore. Molto spesso la loro comparsa s’accompagna a  caratteristici odori marcescenti, piuttosto sgradevoli. Nel caso tipico d’infestazioni d’Oscillatoria, s’avverte all’inizio un lieve odore d’erba che si trasforma, in caso di presenza massiva, in un odore che ricorda molto da vicino quello prodotto dalle muffe.
  • Aspetto gelatinoso.
  • Scarsa aderenza al substrato. Spesso, se ci dirigiamo contro il getto dell’acqua della pompa si staccano.

 

 

Oscillatoria princeps

 

 

Fotosintesi

 

Nei batteri, l’attività fotosintetica si verifica in due modi sostanzialmente differenti, a seconda che si considerino i due gruppi in cui si possono dividere: cianobatteri e batteri fotosintetici propriamente detti. I cianobatteri, infatti, posseggono un apparato ed un metabolismo fotosintetico del tutto analoghi a quelli delle alghe superiori e delle piante terrestri. I batteri fotosintetici, invece, svolgono una fotosintesi anossigenica, ovvero priva di produzione d’ossigeno e quindi ampiamente diversa da quella delle piante superiori.

Va comunque detto, a titolo di chiarezza, che in determinate condizioni anche i cianobatteri possono effettuare una fotosintesi anossigenica, inibendo il fotosistema 2 ed operando col solo fotosistema 1.

Oltre alla clorofilla a, contengono pigmenti accessori quali la ficocianina di colore azzurro con spettro d’assorbimento intorno ai 620nm e la ficoeritrina di colore rosso con spettro d’assorbimento intono ai 550 nm, responsabili del caratteristico colore osservabile in questo gruppo di procarioti.

La parete cellulare è molto simile a quella dei batteri. Nel citoplasma non troviamo organuli come  i cloroplasti. Le funzioni espletate da questi organelli, nei cianobatteri si trovano su particolari strutture membranarie.

La capacità di trarre energia chimica da composti inorganici o dalla luce e la capacità di utilizzare la CO2 atmosferica come fonte di carbonio sono gli elementi che caratterizzano il metabolismo autotrofo.

Nel processo fotosintetico, l’energia luminosa catturata viene trasformata in energia chimica, la quale a sua volta è impiegata nel processo di fissazione della CO2. Nelle piante, e nelle alghe verdi-azzurre il processo si può classicamente schematizzare nel seguente modo:

 

 

6CO2 + 6H2O +  luce = C6H12O6 + 6O2

 

 

La funzione dei pigmenti accessori, di cui i più comuni sono i carotenoidi, come il beta-carotene presente nei cianobatteri, è quella d’assorbire l’energia luminosa di differenti lunghezze d’onda dello spettro elettromagnetico non catturate dalla clorofilla e di trasferire questa energia alla clorofilla stessa, evitandone in tal modo lo spreco. Clorofilla e pigmenti accessori, sono strettamente associati andando a costituire complessi funzionali che si possono paragonare a delle sorte d’antenne preposte alla captazione della radiazione luminosa. L’energia catturata viene poi trasferita in quello che prende il nome di centro di reazione dove avviene la trasformazione della stessa in energia chimica.

L’energia luminosa assorbita dalla clorofilla e dai pigmenti accessori sotto forma di quanti di luce, nei cianobatteri come nelle piante superiori viene utilizzata per la sintesi di ATP e NADPH.

Anche nei cianobatteri le reazioni fotosintetiche possono essere suddivise in due fasi distinte dipendenti od indipendenti dalla luce.

Nella fase luminosa o fotofosforilazione , si hanno reazioni fotochimiche che possono verificarsi con la sola presenza di luce e che portano alla fissazione di ATP.

Nella fase oscura o ciclo di Calvin-Benson comprendente tutte quelle reazioni che non richiedono la presenza di luce, avviene la fissazione del carbonio a partire dalla CO2.

A differenza dei batteri fotosintetici, nei cianobatteri, le reazioni della fase luminosa sfruttano l’esistenza di due diversi fotosistemi, fotosistema 1 e fotosistema 2, ciascuno caratterizzato da pigmenti in grado d’assorbire luce di lunghezza d’onda differenti, che nel complesso portano alla sintesi di ATP e NADPH.

 

 

Possibili conseguenze di un’infestazione

 

Molto brevemente, vediamo cosa può accadere in una vasca dove si sia verificata un’infestazione massiccia. Tralasciando gli effetti ovvi, possiamo ad esempio avere:

 

  • aumento generalizzato di svariati microrganismi come alghe, protozoi e batteri
  • presenza di sostanze organiche che conferiscono all’acqua un odore sgradevole
  • comparsa di composti organici che possono interferire negativamente con la biomassa batterica presente nel filtro
  • aumento di ferro e manganese
  • mobilitazione dei fosfati dal fondo
  • aumento della concentrazione dell’azoto ammoniacale

 

Da questo credo si possa comprendere abbastanza facilmente l’importanza di prevenire il verificarsi di una simile catastrofe.

Prevenzione

 

Ora che li conosciamo un po’ meglio, vediamo cosa si può fare per cercare di ridurre i rischi di doverci cimentare con loro.

A discapito di qualsiasi equivoco, va subito precisato che non vi sono ricette magiche con le quali poter scongiurare un’invasione in modo assoluto. Questo in quanto i normali mezzi a disposizione di un comune acquariofilo non consentono di avere una panoramica sufficientemente completa di tutte le variabili che entrano in gioco. Va anche precisato che le indicazioni qui sotto riportate sono da ritenersi valide solo per acquari d’acqua dolce tropicale con piante e pesci.

 

Illuminazione

 

Se per quanto riguarda alcune varietà di  alghe la luce va considerata come una componente importante nei casi di proliferazione, per quanto concerne i cianobatteri, invece,  non si può dire altrettanto in quanto lo spettro “preferito” si può quasi perfettamente sovrapporre a quello delle piante. Confrontando gli spettri d’assorbimento di alcune delle specie più comuni di cianobatteri con quelli di altrettante specie di piante acquatiche, balzano immediatamente all’occhio le somiglianze delle curve disegnate sui grafici ed in alcuni casi la quasi sovrapponibilità dei picchi massimi d’assorbimento. Va inoltre detto che in molti cianobatteri si verifica un interessante risposta alla frequenza luminosa che prende il nome di adattamento cromatico complementare. Senza entrare nei dettagli, basta sottolineare che questo particolare tipo di risposta, capace di favorire la presenza di pigmenti accessori rispetto ad altri, consente loro d’assorbire al meglio le lunghezze d’onda in quel momento maggiormente disponibili.

Cosa significa questo? Molto semplicemente che non posiamo sperare di metterci al riparo da una possibile proliferazione solo giocando con lo spettro luminoso. Quanto detto, naturalmente, non ci deve indurre ad infischiarcene della qualità e della quantità di luce da riversare sulla colonna d’acqua all’interno di una vasca. La quantità, infatti, dev’essere strettamente commisurata al tipo di piante ospitate e rapportata al programma di fertilizzazione. Per quanto invece riguarda la qualità,  conviene orientarsi, soprattutto nel caso di un’illuminazione piuttosto spinta, verso lampade il cui massimo irraggiamento si abbia nei toni del blu e del rosso di modo da privilegiare le clorofille e meno i pigmenti accessori.

 

Circolazione dell’acqua

 

Molto spesso si sente dire che basta creare una forte corrente all’interno dell’acquario per scongiurare un’invasione da parte di molte specie di cianobatteri.

In effetti, alcune specie, soffrono moltissimo per l’effetto “meccanico-abrasivo” esercitato da un’intensa corrente. A questa classe appartengono ad esempio alcune specie del genere Oscillatoria dal particolare colore blu-verde. Formano pellicole caratteristiche su rocce, legni e piante che non è difficile rimuovere anche solo semplicemente dirigendoci contro il getto della pompa.

Il problema è: quanto dev’essere forte questa corrente? La risposta è semplicemente troppo forte perché ciò non risulti dannoso per piante e pesci; piante a cui verrebbe impedito ad esempio l’assorbimento d’importanti nutrienti e pesci che si troverebbero a vivere come se fossero in un vorticoso torrente di montagna con il conseguente disagio. Senza contare poi, che vi sono altre specie, anche appartenenti allo stesso genere, che possono perfettamente svilupparsi dove vi è una forte corrente e che, anzi, in alcuni casi sembrano prediligere.

Ritengo che la cosa migliore sia quella di cercare di trovare un giusto compromesso tra gli organismi ospitati, piante e pesci, e la corrente all’interno dell’acquario. In linea di principio è consigliabile, munirsi di pompe, che consentano a tutta l’acqua dell’acquario di passare nel filtro all’incirca tre  volte nell’arco di un’ora.

Importante è anche non creare zone morte  con l’arredo, dove l’acqua e materiale in decomposizione possano ristagnare, creando le condizioni ideali per molte specie di cianobatteri.

 

 

Tipo di filtrazione

 

Si tratta di un discorso piuttosto complesso che rischierebbe di portarci fuori tema e che comunque merita d’essere analizzato in separata sede.

Qui trovo utile solo dire che sarebbe preferibile adottare una filtrazione di tipo meccanico o meccanico-biologico con la parte biologica sottodimensionata, allo scopo di dare alle piante la possibilità di utilizzare come fonte d’azoto principalmente l’ammonio e non il nitrato, meno gradito per il suo alto stato d’ossidazione. Il nitrato, infatti, affinché possa venire utilizzato dalle piante deve essere ritrasformato in ammonio con conseguente dispendio energetico.

In un filtro biologico effettivamente funzionante, l’azoto ammoniacale viene ossidato ad opera di alcune specie batteriche, prevalentemente Nitrosomonas (azoto ammoniacale > nitrito) e Nitrobacter (nitrito > nitrato). La sottrazione d’ammonio e la conseguente ossidazione, costringe le piante a compiere lavoro in più, le cui conseguenze sono facilmente intuibili.

 

Materiale di fondo

 

Se vogliamo impedire, o meglio cercare d’impedire, una proliferazione di cianoficee, dobbiamo vedere di prestare particolare attenzione anche al materiale di fondo. Che sia ghiaietto policromo o sabbia quarzifera od altro ancora, l’importante è che in esso non si creino condizioni anaerobiche.

Strati troppo elevati, dove si ha scarsa circolazione dell’acqua ed una temperatura di qualche grado inferiore a quella  negli strati immediatamente superiori, sono ideali perché si creino condizioni anaerobiche che in ultima analisi comportano una “mobilitazione” del fosforo dai sedimenti; fosforo che  viene a rendersi disponibile per lo sviluppo dei cianobatteri. Ogni volta che nel preparare il materiale di fondo decidiamo di eccedere i 10 centimetri, dobbiamo mettere nel conto la probabilità che si verifichi quanto sopra esposto.

 

Sifonatura

 

Un breve cenno credo vada anche fatto riguardo l’annoso problema della sifonatura. Sifonare o non sifonare? Questo pare essere spesso l’amletico dilemma di molti acquariofili. In un acquario con forte piantumazione e minima presenza di pesci, io credo che la sifonatura rivesta un’importanza relativa e che ci si possa limitare a farla una o due volte al massimo nel corso di un anno. Al contrario, in un acquario con una media od insufficiente componente vegetale ed una normale od una più consistente presenza di pesci, penso che questa rivesta fondamentale importanza e che l’effettuarla con costanza, meglio ad ogni cambio parziale dell’acqua, sia importante al fine di prevenire brutte sorprese.

 

Azoto e fosforo

 

L’azoto  è uno degli elementi chimici fondamentali della vita, costituente di molti composti organici. . Nell’atmosfera lo possiamo trovare sotto forma di gas (N2) che non può essere utilizzato dalla maggioranza degli organismi viventi, salvo proprio alcune specie di cianobatteri che posseggono tale peculiarità. Per poter venire utilizzato l’azoto, deve essere fissato, ovvero legato ad un altro composto chimico, come ad esempio l’ammoniaca, secondo la reazione:

 

(6H+) +N2 > 2NH3

 

Credo sia giusto ricordare che la più importante fonte di azoto fissato è quella biologica ovvero quella perpetrata da diversi generi di batteri, come ad esempio gli aerobi eterotrofi appartenenti al genere  Azotobacter, di cui tutti forse abbiamo sentito almeno una volta parlare.

Come abbiamo detto, l’azoto è uno dei principali componenti degli esseri viventi. Sorge quindi spontaneo domandarsi quale ne possa essere  la principale fonte d’approvvigionamento in acquario. Contrariamente a quanto si possa pensare, come ho già accennato, la principale fonte è l’ammonio,   e non il nitrato in quanto una  sua assunzione diretta (al posto di quella del nitrato) consente all’organismo fotosintetico di risparmiarsi la riduzione e di conseguenza l’energia necessaria.

Essendo l’azoto ad esempio importante costituente di aminoacidi, nucleotidi e pigmenti, va considerato assieme al fosforo, come uno dei principali agenti limitanti la crescita algale.

Da tutto questo si evince che oltre ai nitriti ed ai  nitrati occorre monitorare costantemente anche l’ammonio/ammoniaca la cui concentrazione non dovrebbe mai eccedere i 0,5mg/l.

Ma questo può bastare a garantirci da sorprese? No, purtroppo. L’azoto, come gia accennato, lo possiamo trovare in moltissime altre forme presenti all’interno dei nostri acquari, forme non utilizzabili dalle piante ma non così dai cianobatteri, ed è per questo che anche con valori ottimali non ci si può considerare al sicuro.

Ancora più importante, in quanto da considerarsi principale fattore limitante, è senz’altro il fosforo.

Il fosforo è fondamentale nei processi biosintetici e nel trasferimento di energia. Al fosforo è assegnata ad esempio un’importante funzione nei nucleotidi, come l’adenosintrifosfato (ATP) che è essenziale in quella che si può definire l’energetica della cellula, sia animale che vegetale.  Il fosforo può essere utilizzato dai cianobatteri per il proprio metabolismo sia in forma inorganica quanto in forma organica, grazie all’azione di particolari enzimi quali la fosfatasi in grado per così dire  di “staccarlo” dalle molecole a cui è legato.

Dato che i kit in commercio ci permettono di misurare solo una specie biologicamente attiva di fosforo, l’ortofosfato; non consentendoci di monitorare tutte le altre fonti, è imperativo provvedere a frequenti e regolari cambi parziali dell’acqua, con acqua opportunamente trattata. Non dimentichiamo, infatti, che nell’acqua di rubinetto sono consentite concentrazioni per il fosforo totale ben superiori a quelle accettabili in acquario.

 

pH

 

Un breve cenno, infine, credo vada rivolto al pH. Va subito detto che la maggioranza delle specie di cianobatteri sono estremamente sensibili alle variazioni del pH. Preferiscono pH alcalini e mal tollerano pH acidi.  Con un pH inferiore a 6,8-6,5 riusciamo già ad inibire lo sviluppo di buona parte delle specie che comunemente si presentano nei nostri acquari.  Un pH superiore a 7,5 va considerato, invece, ideale per lo sviluppo della maggioranza delle specie.

 

Conclusione

 

Eccoci dunque alla conclusine di questo discorso. Un breve articolo come questo, ovviamente , non ha la pretesa d’essere esaustivo nei confronti di un problema che per essere sviscerato a fondo avrebbe richiesto ben altro spazio, però, credo che ora si possa forse dire di conoscerli un po’ meglio e d’avere qualche idea in più su come cercare di contrastarli.

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