Biofouling:una battaglia senza fine contro gli organismi incrostanti che si attaccano agli ormeggi e boe, così come alle unità da diporto piccole o grandi che siano.

Cirripedi, alghe e biofilm. Potrebbero essere i piccoli predatori a bandire i Cirripedi?

Biofouling indica l'accumulo di organismi acquatici, quali microrganismi, piante ed animali sulle superfici e strutture immerse o esposte all'ambiente acquatico marino.Il biofouling può essere microfouling, caratteristico delle acque dolci e composto prevalentemente di organismi microscopici compresi batteri e diatomee che producono delle sostanze viscide, e macrofouling marino dove troviamo i cosiddetti denti di cane ad esempio, spirografi o fronde di alghe.

Da sempre i marinai quando tornano dai loro viaggi, soprattutto quelli lunghi , controllano sempre le loro barche e nel tempo poi noteranno i loro scafi rivestiti di vari organismi marini che vi si attaccano. Sono per lo più vegetazioni tipo alghe, ma quando si tratta di navi dove l’ispezione viene fatta ciclicamente, malgrado i trattamenti che vengono effettuati con opportuni prodotti chimici, i Balanus perforatus (classe Cirripedi), i denti di cane ed altre specie di incrostazioni dure devono sempre essere opportunamente rimossi. Il genere Balanus comprende, tra le altre specie, Balanus balanoides e Balanus amphitrite, noti, come tutti i Balanus.

I Balanus fanno parte della comunità chiamata biofouling le cui larve si sistemano sulle navi ovvero sulle strutture delle unità da diporto, strutture portuali, boe e le tubazioni di afflusso di impianti di dissalazione che sono in contatto con l’acqua del mare. Il fouling causa anche l'attrito tra l'acqua e gli scafi delle navi e questo riduce l'efficienza di scorrimento ed aumenta i costi del carburante.

Questa problematica, da sempre, ha indotto la gente di mare di attrezzarsi come meglio poteva per respingere e rimuovere gli organismi che aderivano alle loro barche. Le soluzioni variavano dal raschiare gli scafi con pesanti catene ai metodi più strambi come elettrizzare l'acqua attorno alle navi o la verniciatura degli scafi con il vetro, trasformando intere navi in magneti.
Eppure le "incrostazioni", come vengono chiamate, continuano ad affliggere soprattutto le navi oceaniche.

Ben Van Mooy

"Per più di due millenni, i marinai hanno cercato modi idonei per prevenire il biofouling, ha detto Ben Van Mooy, un biochimico della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), che dice si tratta di un problema molto, molto difficile. "
E' anche molto, molto costoso. Uno studio del 2011 ha stimato che il biofouling aumenta la forza d'attrito sulle navi, tanto che la Marina degli Stati Uniti considera per l’anno scorso un consumo di carburante aggiunto tra 180 e 260.000.000 di dollari.

Poi c'è il costo per mettere ogni nave fuori servizio per un paio di settimane e la messa in bacino di carenaggio in modo che le incrostazioni possano essere eliminate con getti di acqua ad alta pressione. Con queste misure di prevenzione il raschiamento viene fatto ogni due anni, invece che ogni pochi mesi.
Se si aggiungono le navi militari di altre nazioni, barche da pesca e da diporto, e migliaia di navi mercantili, i costi globali dovuti al biofouling diventano astronomici.

Per combattere questa piaga secolare, Van Mooy ha cercato di svelare i complessi fattori biologici che creano la scena agli organismi marini di insediarsi ed attaccarsi sulle superfici, in primo luogo, e poi per sopravvivere e prosperare su di esse. Con questo nuovo approccio, che ne rivela i punti strategici, le persone possono operare meglio per ridurre il processo di biofouling. Vediamo ora di comprendere gli studi di Van Mooy.

Il problema immenso inizia a livello microscopico con uno strato scivoloso di batteri marini di cui organismi più grandi a volte si nutrono.
"Se si pulisce una nave o di mettere una nuova nave in mare, è rivestito con i microbi in un giorno", ha detto Van Mooy. "Non abbastanza da vedere, ma i microbi prima iniziano a distendersi e quindi la melma comincia a crescere nel corso di settimane. "
"La melma" è un biofilm, ovvero una aggregazione complessa di microrganismi contraddistinta dalla secrezione di una matrice adesiva e protettiva che si attaccano tra loro tanto da creare un ambiente ospitale per se stessi. Una volta che si forma la melma, la corsa è accesa e le alghe e le larve di creature come cirripedi si attaccano e cominciano a crescere.

La raschiatura di routine di una nave commerciale di medie dimensioni può produrre fino a 200 tonnellate di organismi. E questa è solo la formazione di incrostazioni sulle carene.

Come difendersi dal fouling

Con gli alti costi di rimozione di questi organismi dalle navi e dei costi ancora più elevati per non rimuoverli, studiosi, inventori ed operatori delle navi, hanno creato centinaia di metodi per la riduzione del biofouling. Quasi tutte le aspiranti soluzioni sono state e tuttora sono incentrate su due temi: evitare agli organismi di attaccarsi allo scafo o avvelenarli se lo fanno.

Nell'era degli scafi in legno, la minaccia principale non è venuto dai Cirripedi, ma ion realtà dai vermi marini, lunghi e sottili. I Romani usavano lastre di piombo per la protezione contro Teredini, (sotto questo nome sono comprese diverse specie di Lamellibranchi della famiglia dei Teredinidi, molluschi bivalvi xilofagi, voraci mangiatori di legno) conferendo alle loro navi un "vantaggio" nel commercio ed in guerra, in quanto aggiungevano un peso sostanziale alle navi contribuendo alla loro stabilità. Il piombo ospitava pure i Cirripedi che dovevano essere raschiati, ma almeno il legno rimaneva intatto e forte.

Nella metà del 1700, gli inglesi iniziarono a mettere nel fondo delle loro navi una guaina di rame, che respingeva i Cirripedi ed altri organismi scongiurando la distruzione del legno.
"Si è trattato di un progresso tecnico radicale", ha detto Van Mooy. "E' stata probébilmente una delle cose che hanno contribuito alla nascita in Inghilterra come di una superpotenza navale nel 18° secolo."
Per alcuni decenni, il rivestimento di rame fu di gran moda, ma quando scafi in acciaio entrarono in uso nel 1800, il rame non fu poi più utilizzato in quanto provocava la corrosione dell'acciaio. L’acciaio da solo era impermeabile ai vermi, ma non al fango di alghe e dei denti di cane.
Ancora una volta, la disincrostazione era un modo per combattere il biofouling. La soluzione più popolare che ancora oggi è quella in uso.
Vernici di prevenzione

Il successo del rame come guaina ha spinto gli armatori a provare per i loro scafi rivestimenti con vernici contenenti rame. L'idea era quella che piccole quantità di rame sarebbero filtrate in acqua immediatamente vicino alla nave, avvelenando le piccole creature che si avvicinavano. Diversi altri ingredienti tossici sono stati anche provati, tra cui arsenico, mercurio, stricnina, cianuro e persino materiali radioattivi. Nel 1952 una revisione delle loro prestazioni da parte degli scienziati del WHOI hanno indicato che alcune delle formulazioni hanno funzionato bene contro i denti di cane. Non hanno però menzionato quali effetti hanno avuto sulle persone che li applicavano.

La nave Oceanus del WHOI è stata tra le prime ad utilizzare stagno a base di vernici antivegetative. E' stato così efficace che la nave non aveva bisogno di essere raschiata e riverniciata anche cinque anni dopo ma laddove passava uccideva, in una certa misura, tutto intorno ad essa. Quindi, vernici a base di stagno sono state vietate.
La Marina degli Stati Uniti e WHOI ora utilizza il vecchio sistema a base di vernice di rame "l’antivegetativa".
"Questa vernice risponde abbastanza bene, però è una tossina troppo efficace", dice Van Mooy. "tanto che ora il rame è stato messo al bando, perché le navi quando entrano in porto creano problemi ambientali."

Gli sviluppatori di vernice ora cercano di sconfiggere il biofouling non uccidendo gli organismi, ma rendendo impossibile per loro di aderire alla nave. Quando una nave è in bacino o si muove lentamente, i microbi ed i più grandi organismi possono attaccarsi ad essa, ma quando la nave si muove velocemente, il movimento impresso all'acqua che si muove accanto allo scafo li mette fuori gioco.
Questo è un approccio efficace per le navi, come le navi mercantili, che vanno veloci e passano la maggior parte del loro tempo in movimento. Ma è molto meno utile per coloro che trascorrono molto tempo in porto o la detenzione ancora in un unico sito.

Nuovi obiettivi

Va detto che, dal momento che la formazione di biofilm è un modo fondamentale della vita per i microbi marini, si sta cercando di capire detto processo in modo più dettagliato allo scopo di identificare le operazioni che potrebbero essere buone per raggiungere obiettivi per la produzione di antivegetative che rispettino però la vita marina.

Van Mooy: "Io veramente non sto lavorando per risolvere il problema, sto lavorando invece per comprendere meglio il problema". Gli scienziati dei materiali e designer di vernice sono in arrivo con le nuove tecnologie per prevenire il biofouling, ma devono pur conoscere verso quali processi devono fare riferimento per le nuove tecnologie."
I biofilm crescono quando le cellule aderiscono sulla superficie e proliferano. Questi sono i passi che hanno ottenuto la maggior attenzione negli sforzi di prevenzione alle incrostazioni.

Ma i biofilm microbici non diventano sempre più spessi e densi, ha detto Van Mooy. Alcuni dei batteri si staccano dal biofilm e tornano allo stato libero e fluttuante, forse in cerca di una superficie meno affollata da colonizzare, diventando preda di Protisti che si nutrono di microorganismi diversi o di altro zooplancton.

"Si tratta di informazioni di base che, sorprendentemente, sono ancora del tutto sconosciute" nel contesto del fouling delle navi, ha detto Van Mooy, che ha generato interessanti possibilità per aumentare il distacco o la predazione ed impedire pertanto il biofouling."

Un approccio in quattro fasi

Per misurare tutti gli aspetti chiave, ovvero la produzione, l'attaccamento, il distacco e la predazione, Van Mooy ha costruito delle piastre metalliche lasciando alcune parti delle piastre nude e altre rivestite con trattamenti antivegetative. Poi ha attaccato le piastre ai piloni appena sotto la superficie del mare in Vineyard Sound, il tratto di Oceano Atlantico che separa le isole Elizabeth e la parte sud-occidentale di Cape Cod dall'isola di Martha 's Vineyard, al largo dallo stato del Massachusetts in USA.

Van Mooy: "Il novanta per cento della ricerca in questo campo si concentra sul fare cultura sul posto di lavoro. Si prende un piatto, si va in laboratorio e si gettano con i propri batteri preferiti per la coltivazione. Questo tipo di esperimento però ha poco a che fare con la situazione reale di fronte alle navi in mare. La gente prova i loro rivestimenti contro questi organismi modello, ed il lavoro viene bene", ha detto Van Mooy. "Poi nell'oceano è altra cosa!, E’ terribile."

Ritorniamo a Vineyard Sound. Van Mooy ha lasciato i piatti nell'acqua di mare abbastanza a lungo per un verificare che si sviluppasse un robusto biofilm naturale tra estate ed inverno.
Poi ha portato i piatti viscidi nel laboratorio e li ha messi ognuno in delle vasche strette bagnate da un flusso continuo di 200 millilitri (un poco'più di tre quarti di una tazza) di acqua di mare. Ha poi lasciato che i biofilm continuassero a crescere per 24 ore, in modo che potesse osservarli per più di un completo ciclo solare giornaliero.
Alcuni serbatoi hanno ricevuto acqua fresca di Vineyard Sound, che conteneva altri batteri (per interagire sulla piastra) e Protisti (che potevano mangiare le cellule di biofilm).

Altri serbatoi hanno ricevuto acqua che era stata filtrata per eliminare i batteri che avrebbero potuto assestarsi sulle piastre ed ancora altri serbatoi hanno ricevuto acqua filtrata per rimuovere i Protisti ed eliminare così la predazione sui batteri.

Questi esperimenti hanno permesso a Van Mooy di stimare come avviene l’insediamento, l'attaccamento, il distacco, e la predazione che contribuisce all’accumulo di biofilm, ovvero come, in alcuni casi, lo ostacolano.
Van Mooy è stato contento di scoprire che il suo approccio ha permesso di verificare che il rame contenuto nelle vernici non ferma i microbi che invece muoiono subito dopo che essi si attaccano alla piastra. Gli esperimenti hanno inoltre dimostrato che l'accumulo di batteri non è tossico.
Tali risultati hanno confermato che il suo apparato sperimentale ha funzionato, ma il guadagno reale è venuto guardando i processi che non erano stati studiati nei dettagli prima. Van Mooy ha scoperto che in estate, il biofilm si forma velocemente ma poi raggiunge un plateau.

In inverno, invece, "il biofilm è più basso, ma c'è ancora qualche avvenimento di accumulo". Lo zooplancton è stato così molto più ininfluente in inverno, che il biofilm ha continuato a crescere, ma lentamente.
Più emozionante di tutti è stato constatare che in entrambe le stagioni, circa i due terzi della perdita di cellule è stato dovuto al distacco e un terzo alla predazione.
"Fino a quando abbiamo fatto questo esperimento, non so quanto grande sia il tasso di predazione", ha detto Van Mooy. "Alcune persone hanno pensato che potrebbe essere molto piccolo rispetto al distacco.

Ingegneri e progettisti di vernice stanno cominciando a prendere in considerazione nuovi approcci per tenere le navi lontane dal biofilm. "Questo è ciò che continuo a dire ai giovani studiosi di questa tematica: 'Non si può passare tutta la vita concentrandosi sulle limitazioni che ci danno le regole. Avete abbandonato di combattere la proliferazione, perché non si vogliono vernici tossiche? L'angolo di distacco non sembra essere il lavaggio per le navi militari. Così si dovrebbe iniziare a lavorare sul pascolo dei Protisti."

Nel corso degli anni precedenti e durante la seconda guerra mondiale, la Marina ha dato agli scienziati del WHOI una vasta gamma di finanziamenti per lavorare su biofouling. E' stato il primo programma di ricerca sponsorizzato dal governo federale a WHOI ed il primo sforzo ovunque per integrare la ricerca di base in fisica, chimica e biologia di biofouling e della sua prevenzione. Dopo la guerra, la Marina ha elogiato gli scienziati del WHOI per il notevole progresso e la conoscenza scientifica della formazione di incrostazioni e le misure di antivegetative e per aver risparmiato milioni di dollari.

Dunque i piccoli predatori, i Protisti, potrebbero diventare alleati nella battaglia senza fine contro gli organismi incrostanti.
Il settore navale mercantile e militare e quello della nautica da diporto sono da una decina di anni alla ricerca "affannosa" di prodotti vernicianti antivegetativi e antiattrito (antifouling). Questi devono essere in grado di rispondere ad una nuova e assai critica combinazione di requisiti di efficacia, durabilità, eco-compatibilità e costo, in sostituzione dei ben noti prodotti tradizionali e di grande efficacia. Questi ultimi sono basati su potenti biocidi o combinazioni sinergiche di biocidi, per la loro tossicità sull'ambiente marino già banditi dall'uso (contenenti TBT) o di futura e/o prevedibile limitazione o esclusione (contenenti diversi organo-composti dello stagno, ossido rameoso e altri composti rameosi, rame metallico o sue leghe micro-granulari o in polvere, svariati biocidi organici sintetici, ecc.), e in tutti i casi di efficacia temporale limitata dalla progressiva perdita in acqua di biocida o sistema biocida attivo.

La letteratura tecnica di svariati produttori industriali qualificati a livello mondiale e la documentazione brevettuale nel settore delle vernici marine evidenziano a tutt'oggi una gamma di prodotti commerciali utilizzabili o rivendicati come vernici antivegetative autenticamente o dichiaratamente eco-compatibili complessivamente relativamente ristretta, e generalmente ancora affetti da diversificate, intrinseche ed evidenti carenze prestazionali e/o di durabilità.

Ecco perché si stanno facendo molti studi in questa materia, anche in Italia, dove una soluzione che prevede gli ultrasuoni, come soluzione che potrebbe anche essere in linea con la convenzione internazionale sul controllo dei sistemi antivegetativi nocivi sulle navi (convenzione AFS) è entrata in vigore il 17 settembre 2008. Adottata sotto gli auspici dell'Organizzazione marittima internazionale (IMO) in data 5 ottobre 2001, gli Stati Uniti hanno firmato la convenzione AFS il 12 dicembre 2002. Al 31 ottobre 2012, sono 63 i paesi che rappresentano 81,06 per cento del tonnellaggio mercantile mondiale che hanno ratificato la Convenzione.

Edited by Filippo Foti - 1/5/2019, 16:47