Responses and adaptation of marine organisms to climate change

The following paper analyses the effects and adaptations, from an ecological and physiological point of view, of climate change on marine organisms. Throughout history, climate change has always occurred, but since the Industrial Revolution, with high emissions of greenhouse gases including CO2 and CH4, these changes are increasing exponentially at an unprecedented rate. The paper focuses on the impacts of two major stressors on marine ecosystems: ocean acidification (OA) and rising sea temperatures and marine heatwaves (MHWs). OA, caused by the dissolution of CO₂ in seawater, leads to a reduction in pH and carbonate ion availability. This has deleterious effects on calcifying organisms, weakening their skeletal structures, compromising neurological functions such as chemoreception and predator detection, and altering larval development and otolith growth. At the physiological level, OA induces hypercapnia, metabolic alterations and interferes with oxygen transport. MHWs, prolonged events of extreme sea surface temperatures, cause mass mortality, coral bleaching, range shifts and the establishment of alien species. Physiologically, they increase metabolic rates, cause abnormalities in larval development and compromise reproduction. Marine organisms have developed adaptation mechanisms to cope with these stressors. In response to OA, some organisms exhibit high phenotypic plasticity and may be able to modify intracellular pH and symbiotic relationships (corals-dinoflagellates), in addition to reducing their metabolic rate. Adaptations to MHWs consist of moving to areas with more favourable temperatures, as well as physiological adaptations such as changes in cellular protein composition, membrane fluidity, and increased heat shock proteins and antioxidant capacity. Mitigation strategies and future prospects were then analysed, highlighting how blue carbon systems can be a crucial resource in climate change management, together with marine protected areas (MPAs) and more sustainable fishing. Finally, an attempt was made to conclude the work with a positive outlook for the future, highlighting how the application of the above mitigation strategies, together with people's commitment and hope for improvement, can form a solid basis for addressing climate change.

Il seguente lavoro analizza gli effetti e gli adattamenti, da un punto di vista ecologico e fisiologico, dei cambiamenti climatici sugli organismi marini. Nel corso della storia si sono sempre verificate alterazioni climatiche, ma a partire dalla rivoluzione industriale, con le forti emissioni di gas serra tra cui CO2 e CH4 , questi cambiamenti stanno stanno aumentando in maniera esponenziale, con un ritmo senza precedenti. Il lavoro si concentra sugli impatti di due principali fattori di stress sugli ecosistemi marini: l'acidificazione degli oceani (OA) e l'aumento della temperatura del mare e le ondate di calore marine (MHWs). L'OA, causata dalla dissoluzione della CO₂ nell'acqua marina, porta a una riduzione del pH e della disponibilità di ioni carbonato. Questo ha effetti deleteri sugli organismi calcificanti, indebolendo le loro strutture scheletriche, compromettendo funzioni neurologiche come la chemorecezione e il rilevamento dei predatori, e alterando lo sviluppo larvale e la crescita degli otoliti; a livello fisiologico invece, l'OA induce ipercapnia, alterazioni metaboliche e interferisce con il trasporto di ossigeno. Le MHWs, eventi prolungati di temperature superficiali marine estreme, causano mortalità di massa, sbiancamento dei coralli, spostamenti di areale e l'insediamento di specie aliene. Fisiologicamente, aumentano i tassi metabolici, provocano anomalie nello sviluppo larvale e compromettono la riproduzione. Gli organismi marini presentano meccanismi di adattamento per far fronte a questi stressor. In risposta all’OA alcuni organismi presentano elevata plasticità fenotipica, e possono essere in grado di modificare il ph intracellulare e i rapporti di simbiosi (coralli-dinoflagellate), oltre alla riduzione del tasso metabolico. Adattamenti alle MHWs consistono invece nello spostamento in areali con temperature più favorevoli, oltre ad adattamenti fisiologici come modifiche nella composizione proteica cellulare, fluidità delle membrane e aumento delle proteine da shock termico e della capacità antiossidante. Sono poi state analizzate strategie di mitigazione e prospettive future, evidenziando come i sistemi a carbonio blu possano costituire una risorsa fondamentale nella gestione dei cambiamenti climatici, assieme alle aree marine protette (MPAs) e ad una pesca più sostenibile. Si è infine cercato di concludere il lavoro con una prospettiva futura positiva, evidenziando come l’applicazione delle strategie sopra citate, insieme con l’impegno e la speranza di un miglioramento da parte della comunità, possano costituire una solida base per affrontare i cambiamenti climatici