Effetti di SALE e ZUCCHERO in acquario e laghetto

Effetti di SALE e ZUCCHERO in acquario e laghetto

L’uso del sale in acquario e in laghetto ormai si conosce, ma forse lo zucchero potrebbe sembrare davvero qualcosa di strano.

Ho scelto di parlare di queste due sostanze assieme solo perchè a tutti ricordano la gastronomia, in realtà non ci sono speciali correlazione tra i due in questo caso. Esiste solo un nesso indiretto molto interessante, ma lo citerò alla fine.

IL SALE

Aggiungere del sale (sale marino, sale da cucina, Cloruro di Sodio, NaCl ) in acquario significa apportare due elementi: Sodio e Cloro. Precisamente parliamo di ioni di sodio e ioni cloruro che sono il risultato della dissociazione del sale stesso. L’aspetto importante da capire è che il sale in sè non esiste in acqua in modo unitario, ma solo in forma delle sue due componenti libere e quasi indipendenti tra loro.

Per capire cosa provoca il sale in acqua dobbiamo quindi analizzare gli effetti, separatamente, dei suoi elementi costituivi.

Per comprendere meglio certe dinamiche dobbiamo fare un passo indietro e riflettere su come i diversi organismi acquatici scambiano sostanze con l’ambiente. Piante e animali terrestri ottengono i loro nutrienti principalmente con le radici e la bocca, mentre con l’aria scambiano quasi solo gas di Ossigeno e Anidride Carbonica.

Gli organismi acquatici oltre a ciò sono continuamente esposti a pressioni interne ed esterne per scambiare sostanze direttamente con l’acqua, attraverso la superficie esterna del corpo e in strutture più specializzate (radici speciali, superficie delle foglie, branchie, …). Se la decisione di alimentarsi può essere per un certo verso volontaria o ricercata, gli scambi con l’acqua sono perlopiù una costrizione che gli organismi acquatici devono subire e affrontare.  L’obiettivo di controllare l’interazione chimico-fisica con l’ambiente è dovuto all’assoluta necessità di tutti i viventi di mantenere le condizioni interne (che sono condizioni acquatiche, essendo l’acqua il mezzo e il costituente principale) dentro a dei range ottimali e garantire così quella che prende il nome di omeostasi o costanza nel proprio ordine e composizione interni.

Tutto questo è la premessa per capire come al variare dell’ambiente esterno, per esempio con l’aggiunta del sale in acqua, tutti gli organismi devono prendere provvedimenti fisiologici per rispondere a questo cambiamento. Se la modifica è piccola non ci sono grossi problemi, ma se l’ambiente cambia troppo il singolo organismo potrebbe non riuscire a compensare abbastanza velocemente e quindi collassare, morendo.

 

  • Nello specifico, cosa provoca il sale nelle PIANTE?

L’accumulo di Sodio e Cloruro nell’ambiente provoca un cambio osmotico. Se avete già sentito parlare dell’osmosi, sapete che le sostanze disciolte attirano l’acqua: in presenza di una membrana selettivamente permeabile come quella di una cellula (o un compartimento interno ad essa) la presenza del sale porta l’acqua ad uscire o entrare a seconda di dove sia più concentrato. Porre delle piante acquatiche in acqua salata, quindi, in un primo momento le può disidratare con tutte le conseguenze strutturali e fisiologiche del caso. In un secondo momento, parte del Sodio entrerà comunque nelle cellule arrivando ad alterare la funzionalità di certe strutture in quanto si sostituisce ad altri ioni più utili, come il Potassio K+.  Quest’ultimo fenomeno avviene facilmente nelle condizioni d’acquario, ma va detto che in certi contesti può risultare una strategia utile in mancanza del potassio. Insomma, la realtà è sempre più complessa di quello che sembra.

L’importante è aver chiaro come in acquario una presenza elevata di sodio sia uno svantaggio. Sebbene le piante possano resistere e crescere, la presenza di un ambiente sfavorevole porta indirettamente a un altro problema: tutti gli adattamenti fisiologici sono energivori, ossia viene perse energia per sopravvivere anzichè impiegarla per crescere, fiorire, radicare, riprodursi, rilasciare alleopatici utili, etc… Risultato: piante rallentate e meno belle.

Il cloruro è meno problematico per le piante, anzi va collocato nella lista degli elementi molto utili ed è benefico anche se in concentrazioni relativamente elevate.

Curiosità: Sodio Na+ e Potassio K+ sono spesso associati in quanto correlati con funzioni o meccanismi simili. Come potete leggere sono entrambi ioni positivi (+). Il Cloruro scritto come Cl- si associa a un altro composto che sicuramente conoscete in qualità di acquariofili. Si parla del Nitrato NO3- che come leggete è uno ione negativo. Cloruri e Nitrati entrano e si muovono nelle piante condividendo alcune vie comuni.

 

  • Invece, nei PESCI, cosa comporta il sale?

Il sodio negli animali ha un ruolo quantitativamente molto importante in quanto serve alla contrazione muscolare. I pesci che vivono in acqua dolce sono generalmente alla continua ricerca di sodio e possiedono meccanismi per trattenerlo una volta ottenuto dall’ambiente e dalla dieta. I pesci che vivono nel mare, invece, sono circondati da quantità di sodio elevatissime e quindi possiedono meccanismi per evitare di accumularne troppo internamente. Tale dinamica è regolata in buona parte a livello branchiale dove vi sono cellule specializzate.

Aumentare la salinità di un ambiente dulcicolo significa costringere i pesci a modificare il loro meccanismo di gestione del sodio, ma non solo: ioni cloruro, ioni calcio, acido carbonico, sono altre sostanze che devono essere mantenute nei livelli e rapporti idonei per conservare l’omeostasi. A seconda delle specie di pesce l’adattabilità (o inversione) del meccanismo può cambiare in modo variabile. Per questa ragione alcuni pesci sono estremamente tolleranti a variazioni di salinità e durezza dell’acqua, mentre altri entrano presto in sofferenza.

Giocando con le diverse resistenze alla salinità è possibile per esempio difendere i pesci dall’attacco di quei microrganismi che non tollerano nella stessa maniera la variazione delle condizioni ambientali.

Inoltre, la presenza di buone quantità di Cloruro in acqua protegge i pesci anche dagli effetti tossici del Nitrito. In particolare, nei pesci la via d’ingresso nell’organismo del Cloruro Cl- è la stessa del Nitrito NO2- (entrambi sono ioni negativi), questo significa che una abbondanza del primo rallenta l’entrata del secondo per la stessa ragione che vi costringe ad aspettare ore e ore quando siete in fila alle poste e vi è solo uno sportello.

 

LO ZUCCHERO

Come abbiamo visto, il sale agisce tanto nella fisiologia degli individui come nella selezione di quali popolazioni sopravvivono o meno nell’acquario o nel laghetto.

Lo zucchero provoca effetti simili a livello microbiologico: l’uso consapevole dello zucchero come regolatore ambientale è stata probabilmente una delle più raffinate invenzioni tecnologiche dell’acquacoltura mondiale moderna.

Un passo indietro.

Cosa fa un filtro biologico tradizionale? Ospita in modo massivo batteri che rendono quasi innocuo l’azoto di scarto.

Cosa fanno le piante acquatiche? Consumano l’azoto sottraendolo di netto dall’acqua.

Dal punto di vista pratico non stiamo che copiando pari passo dei processi che facilmente possiamo osservare in natura: le piante in uno stagno, le patine microbiche sui sassi… Semplicemente offriamo delle condizioni per rendere intensive queste dinamiche naturali a nostro vantaggio.

L’uso dello zucchero è stato un cambio di approccio: non intensifico un processo comunemente osservabile in natura, ma al contrario ne manipolo l’essenza dal punto di vista biochimico.

  • Cosa fa di tanto speciale questo zucchero in acqua?

Per rispondere dobbiamo capire prima di tutto cosa è lo zucchero e di cosa sono fatti gli organismi, in particolare i microrganismi.

Con zucchero facciamo riferimento al saccarosio, una sostanza dolce. Chimicamente stiamo parlando di anelli di Carbonio che a seconda di piccole differenze della loro struttura  e di come si legano ad altri anelli, prendono diversi nomi e tutti fanno parte della famiglia dei Carboidrati. Ora, in questo momento non è così importante la tipologia esatta. Quello che ci interessa è il componente principale: il Carbonio in forma organica.

Aggiungere zucchero o altri tipi di carboidrati significa quindi introdurre in acqua una fonte di carbonio.

Tutti i viventi, sottratta l’acqua, sono composti da Carbonio, un po’ meno di Azoto, e ancora meno di altri elementi.

In molti casi, come negli animali, i carboidrati hanno una funzione tanto energetica come strutturale, ossia servono come fonte di energia, ma anche come fonte di materiale per crescere e vivere. L’Azoto negli animali viene assunto principalmente come amminoacidi o proteine ed ha una funzione prevalentemente strutturale.

I batteri nitrificanti del filtro, invece, usano l’azoto in acqua prevalentemente come fonte di energia: l’ammonio lo trasformano in nitrito e in nitrato ottenendo in cambio nergia da queste reazioni. Non sottraggono l’ azoto ammoniacale dall’ambiente, semplicemente lo trasformano per resistuirlo in una forma diversa.

  • Cosa succede se mescoliamo tutte queste funzioni?

Ossia:

  1. Sottrarre azoto dall’acqua come fanno le piante, senza restituirlo “trasformato”.
  2. Usare i carboidrati (anche) come fonte di energia.

Si parlerebbe, proprio come in botanica, di assimilazione dell’azoto. Diventa un nutriente che andrà a comporre proteine, ossia strutture, massa, “corpo”.

  • Ci sono microrganismi che sottraggono l’Azoto, quindi?

Proprio così: esistono molti microrganismi batterici e fungini che possono sottrarre l’azoto ammoniacale incorporandolo.

  • Dovè il limite?

Come accennavo prima, i viventi sono composti in gran parte di Carbonio e solo una piccola parte di Azoto. In alcuni batteri stiamo parlando di 12 parti di Carbonio per 1 sola di Azoto.

Se nell’acqua non vi sono le giuste proporzioni di C:N (Carbonio:Azoto) a un certo punto quel meccanismo di assimilazione crolla perchè manca l’altro nutriente, ossia il Carbonio.

La rivoluzione vi fu quando si scoprì come fosse possibile fornire artificialmente quel Carbonio mancante sottoforma di zuccheri o altri carboidrati.

Un dosaggio controllato di carboidrati porta quindi allo sviluppo di colonie batteriche capaci di assimilare l’azoto, azzerando quelle che sono le misure di Ammonio, Nitrito e Nitrato.

  • Tutto qui?

Chiaramente non è così semplice e ci sono diverse conseguenze. Questi batteri speciali consumano moltissimo Ossigeno, richiedono un dosaggio costante di tutti i nutrienti per mantenere funzionanti le colonie e soprattutto proliferano meglio in acque con elevata densità.

TORNIAMO A PARLARE PER UN MOMENTO DEL SALE –> Questi microrganismi che assimilano azoto tendono a formare colonie grandi, visibili ad occhio nudo. Se la densità dell’acqua, quindi il suo peso specifico, è sufficientemente alta tali colonie iniziano a fluttuare in tutta la colonna come fossero dei fiocchi. Per essere ancora più precisi, non sono colonie, bensì comunità: vi sono nel mezzo detriti, batteri, oomiceti, protozoi, diatomee, altre alghe… Il sale aumenta la densità dell’acqua facilitando la sospensione di tali colonie, le quali restano sempre piuttosto leggere.

  • Ai pesci non fa male?

L’aspetto affascinate dell’uso dei carboidrati non è solo la perfetta gestione dei valori dell’acqua correlati! Quei fiocchi di microrganismi appena citati diventano una fonte di alimentazione per i pesci, creando una sorta di loop tra l’azoto che rilasciano durante la digestione del mangime e quello che viene trasformato in proteina, quindi nuovo cibo, da parte dei batteri speciali.

LA VERA DOMANDA: SI PUÒ FARE IN ACQUARIO DA SALOTTO?

Questo articoletto, come dicevo all’inizio, nasce dal buffo accostamento culinario di “sale e zucchero”. L’uso dello zucchero in un acquario d’acqua dolce in salotto non è una via praticabile: non che sia troppo difficile, ma semplicemente per questioni estetiche. L’acqua non resta cristallina e diventa fondamentale l’uso di potenti e rumorosi aeratori.

La proliferazione di batteri che utilizzano una fonte organica di carbonio per consumare l’azoto ammoniacale disciolto viene però applicata negli acquari marini tropicali. Stimolare l’aumento di massa di questi microrganismi è possibile anche somministrato alcool, tecnica che ha preso il nome di “Metodo Vodka”.  In un acquario marino la salinità offre condizioni ideali per il galleggiamento delle colonie dei microrganismi, nonostante ciò la vera differenza risiede in un accessorio che non si utilizza negli acquari dolci: lo skimmer o schiumatoio.

Una volta prodotta la biomassa batterica, in piccole quantità per non risultare anti-estetica, si estrae con lo schiumatoio eliminando di netto tanto i batteri come l’azoto di cui sono costituiti.

Il meccanismo, analizzato da un punto di vista puramente ecologico, è uguale alla potatura di una pianta acquatica: si sottrae l’azoto in una delle forme in cui si presenta, in questi casi come componente del corpo degli esseri viventi.


Vi ho voluto parlare di questo argomento anche perchè è una delle parti principali del mio lavoro in Sudamerica. La maggior parte degli impianti di acquacoltura intensiva tropicale che progetto o  seguo fa tesoro dei carboidrati, nella forma di melassa, per sfruttare i diversi benefici di cui vi ho raccontato. Sul sito Colture Acquatiche trovate alcuni paper di approfondimento un po’ su tutti i temi toccati.

 

 

Regulation of Na+ fluxes in plants

Potassium Substitution by Sodium in Plants

Chloride as a Beneficial Macronutrient in Higher Plants: New Roles and Regulation

Molecular biology of major components of chloride cells

Structure and Function of the Chloride Cell of Fundulus heteroclitus and Other Teleosts

Toxicity of Nitrite to Fish: A Review

Microorganisms in biofloc aquaculture system

 

Matteo Rancan

Specialista di acquacoltura tropicale, progetta e costruisce impianti in Sudamerica e Caraibi. Appassionato di acquariologia.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *