La bioluminescenza è presente in tutti gli oceani del Pianeta, dalle acque illuminate dalla luce solare fino alle profondità più oscure degli abissi. Già nel Seicento i naturalisti restavano affascinati dal misterioso chiarore notturno del mare, ma solo nel corso del Novecento si è scoperto che quella luce incantata è il risultato di una precisa reazione chimica, come racconta Carmela Caroppo dell’Istituto di ricerca sulle acque del Cnr
La bioluminescenza è diffusa in tutti gli oceani, dalle acque superficiali fino agli abissi più oscuri. Già nel XVII secolo i naturalisti descrivevano il misterioso bagliore notturno del mare, ma solo nel Novecento si è compreso che quell’affascinante luminescenza è il risultato di una reazione chimica. Oggi sappiamo che numerose specie sono in grado di emettere luce, e la varietà degli esseri viventi coinvolti è sorprendente: batteri simbionti, alghe unicellulari, meduse, crostacei, calamari e molti pesci delle profondità oceaniche.
“Una molecola chiamata luciferina, ossidandosi grazie all’enzima luciferasi, libera energia sotto forma di fotoni. Sebbene il principio sia comune, il complesso luciferina-luciferasi varia tra le diverse specie, dando origine a sfumature luminose differenti. Il risultato è una luce fredda, priva di calore, che assume prevalentemente tonalità blu, verdi o, più raramente, rosse. Questa gamma cromatica non è casuale: il blu e il verde penetrano meglio nell’acqua, rendendo la luce visibile anche a grandi profondità. Alcuni organismi, inoltre, utilizzano filtri o proteine fluorescenti che modulano la tonalità, generando effetti spettacolari”, spiega Carmela Caroppo dell’Istituto di ricerca sulle acque (Irsa)del Consiglio nazionale delle ricerche.
La bioluminescenza svolge funzioni ecologiche molto diverse e spesso ingegnose. Numerosi organismi la impiegano per mimetizzarsi, annullando la propria ombra attraverso il cosiddetto controilluminamento. Altri la utilizzano per attirare le prede, come la celebre “esca luminosa” dei pesci abissali, o per comunicare con individui della stessa specie, soprattutto durante la riproduzione. Non mancano gli usi difensivi: lampi luminosi improvvisi possono disorientare i predatori o fungere da segnale d’allarme. In molti casi, inoltre, la bioluminescenza deriva da una simbiosi con batteri che, in cambio di nutrimento e protezione, offrono all’ospite una sorgente luminosa costante.
“Finora sono state identificate 1.718 specie bioluminescenti, escludendo i batteri. La maggior parte (1.627) appartiene al regno degli animali, mentre 94 appartengono ai protisti, un gruppo eterogeneo di organismi unicellulari che comprende alghe e protozoi”, continua la ricercatrice. “Il fenomeno non è stato osservato nei funghi né nelle piante. Circa l’80% delle specie note produce autonomamente la luce, mentre il restante 20% si affida ai batteri simbionti, spesso ancora non identificati”.
Le associazioni più spettacolari si osservano nei pesci abissali, nei calamari e in alcuni crostacei, che ospitano i batteri in organi specializzati chiamati fotofori, veri e propri ‘corpi illuminanti biologici’. “Tra i casi più studiati vi è il piccolo calamaro hawaiano Euprymna scolopes, che vive in simbiosi con Vibrio fischeri: i batteri producono una luce modulabile dall’animale, consentendogli di mimetizzarsi tramite controilluminamento e sfuggire ai predatori”, aggiunge l’esperta.
La manifestazione più spettacolare della bioluminescenza su larga scala è però quella prodotta da alcuni organismi planctonici, capaci di trasformare intere superfici marine in distese luminose. Tra questi spiccano i dinoflagellati, microrganismi unicellulari autotrofi, eterotrofi o mixotrofi, particolarmente abbondanti nella fascia illuminata delle acque costiere e di mare aperto. Delle 1.555 specie marine finora descritte, solo 68 sono bioluminescenti, ma si tratta di alcune delle più diffuse e studiate. Le loro emissioni luminose, visibili a ogni movimento o increspatura dell’acqua, possono essere osservate in determinati periodi dell’anno anche lungo alcune coste italiane. Tuttavia, queste stesse specie possono essere responsabili di fioriture algali dannose (Harmful Algal Blooms, HABs) e della produzione di biotossine, come saxitossine e yessotossine, potenzialmente pericolose per gli ecosistemi marini e la salute umana.
“La specie più nota è Noctiluca scintillans, responsabile durante il giorno delle famose “maree rosse”, dovute ai pigmenti fotosintetici, e di notte di bagliori blu quando reagisce a stimoli meccanici come onde, scie di imbarcazioni o movimenti di organismi vicini”, precisa Caroppo. “Le fioriture di N. scintillans sono frequenti in acque calde, calme e ricche di nutrienti. In Italia sono state osservate lungo le coste della Puglia, della Sardegna e nel Golfo di Trieste, ma anche in molte altre località del mondo, come Porto Rico, le Maldive e il Giappone. Nonostante la loro spettacolarità, tali fioriture possono avere effetti negativi, come il consumo di ossigeno e il rilascio di ammoniaca tossica per gli organismi viventi”.
Un altro dinoflagellato ben noto è Lingulaulax polyedra. “La sua bioluminescenza funge da deterrente per i predatori. Studi recenti hanno dimostrato che i copepodi, piccoli crostacei planctonici e suoi principali predatori, tendono ad allontanarsi quando entrano in contatto con cellule luminescenti, probabilmente a causa di una risposta di allarme indotta dalla luce. Questo meccanismo offre a L. polyedra un vantaggio competitivo, compensando la sua crescita più lenta rispetto ad altre specie fitoplanctoniche. Monitoraggi condotti per decenni hanno rivelato una correlazione positiva tra la presenza del dinoflagellato e quella dei copepodi, confermando l’efficacia di questa strategia difensiva”, spiega la ricercatrice.
Comprendere la diversità del fitoplancton e, in particolare, dei dinoflagellati è oggi fondamentale. Questi minuscoli organismi rappresentano il motore della produttività marina e svolgono un ruolo cruciale negli equilibri biogeochimici degli oceani. Proprio questa diversità include specie che, in specifiche condizioni ambientali, possono produrre tossine o generare fioriture dannose. Per questo motivo i ricercatori del Cnr dedicano grande attenzione allo studio della loro ecologia, delle condizioni che ne favoriscono la proliferazione e delle conseguenze sugli ambienti costieri.
“In questo contesto, la bioluminescenza non è soltanto un affascinante fenomeno naturale, ma anche un prezioso indicatore ecologico. Le specie luminescenti permettono di monitorare rapidamente la presenza e la dinamica delle popolazioni fitoplanctoniche, incluse quelle potenzialmente tossiche. Le loro emissioni luminose, visibili anche a grande distanza, offrono informazioni utili per comprendere i meccanismi con cui alcune specie competono, si difendono o si espandono negli ecosistemi marini”, precisa Caroppo, che conclude: “Studiare la diversità del fitoplancton e il ruolo della bioluminescenza significa dunque non solo svelare una delle manifestazioni più suggestive della vita negli oceani, ma anche migliorare la capacità di prevedere, prevenire e gestire gli eventi di fioritura dannosa. Una comprensione approfondita di questi organismi permette di tutelare la salute umana, salvaguardare la biodiversità e proteggere le attività economiche legate al mare, contribuendo a una gestione più sostenibile degli ecosistemi marini”.
[Almanacco della Scienza N.1, gennaio 2026]
