Scaricare, stampare, salvare le barriere coralline

L'artista Marie Griesmar porta con sé carta e penna quando si immerge. Con la cintura di piombo legata alla vita, si inginocchia davanti ai coralli per disegnarne le forme. Il mondo sottomarino l'ha affascinata fin dall'infanzia. "Quando guardo una barriera corallina, mi sento incredibilmente piccola. La barriera corallina ci insegna il rapporto tra tempo e spazio", dice con emozione. Ma questo affascinante mondo sottomarino, vecchio di diverse migliaia di anni, sta cominciando a sgretolarsi sotto i nostri occhi. Il riscaldamento dei mari sta portando allo sbiancamento dei coralli e alla morte di intere barriere coralline, gli habitat sottomarini più ricchi di specie.

Cosa possiamo fare finché il cambiamento climatico non è sotto controllo? Marie Griesmar propone una soluzione con il nome di "RRReefs": Insieme alla biologa marina Ulrike Pfreundt, ha sviluppato all'ETH dei mattoni stampati in 3D che possono essere assemblati per formare una barriera corallina. Le superfici speciali creano turbolenze nell'acqua, favorendo l'insediamento delle larve di corallo.

Dare una mano alla riproduzione

La maggior parte dei coralli rilascia cellule uovo e spermatozoi nell'acqua solo una volta all'anno, in alcune notti poco dopo la luna piena. Questo perché gli animali devono rilasciare i loro gameti nello stesso momento per massimizzare le possibilità di fecondazione incrociata. Le uova fecondate si sviluppano in larve di corallo allungate, che vengono trasportate dalla corrente e, con un po' di fortuna, portate in un luogo adatto dove possono crescere in polipi sedentari e fondare una nuova colonia.

? proprio qui che entra in gioco RRReefs: "Se le condizioni di crescita delle larve potessero essere migliorate con una barriera artificiale, potremmo sostenere i coralli nella loro riproduzione", spiegano Griesmar e Pfreundt. "I coralli hanno un tasso di successo riproduttivo molto basso, circa uno su un milione", spiega Pfreundt, "In quanto ecosistemi longevi, questo è stato sufficiente finora, ma ora non riescono a tenere il passo con l'adattamento e la ricolonizzazione". Il duo intende combinare la colonizzazione naturale della barriera artificiale di mattoni con il metodo dell'"evoluzione assistita". A differenza della riproduzione asessuata dei coralli attraverso il cosiddetto fragging (divisione dei coralli), le cellule uovo e lo sperma vengono intercettati da coralli più resistenti e le cellule uovo vengono fecondate artificialmente. Questo garantisce la variabilità genetica, che è l'elemento chiave per adattarsi ai mari sempre più caldi.

Come popolazione globale, abbiamo perso la metà di tutte le barriere coralline, in parte a causa del loro sbiancamento. Il riscaldamento degli oceani e l'inquinamento delle acque stanno interrompendo la relazione simbiotica tra il corallo e alcune alghe, le zooxantelle. Questo tipo di alghe produce ossigeno e zucchero attraverso la fotosintesi come fonte primaria di cibo per i coralli e dà loro il colore. "Si presume che la fotosintesi delle alghe venga interrotta quando le temperature dell'acqua sono troppo elevate. Questo le trasforma in parassiti dei coralli, che le rifiutano", spiega Pfreundt. Di conseguenza, il corallo sbianca e muore. Lo scheletro calcareo del corallo inizia a sgretolarsi, lasciando dietro di sé un cimitero coperto di alghe e innumerevoli animali marini senza un habitat. Marie Griesmar ha assistito in prima persona a questo processo durante un corso di immersione alle Seychelles: "? stato inquietante da vedere". La scomparsa delle basi di questo ecosistema ha un impatto importante anche su noi umani, poiché le barriere coralline proteggono le coste dall'erosione e sono un'importante fonte di reddito per il turismo e la pesca.

Colpo di fortuna

"Il problema è una grande sfida globale che non può più essere risolta all'interno di una sola disciplina", afferma Maximiliane Okonnek, responsabile del Library Lab dell'ETH. Ha incontrato l'artista durante la sua residenza artistica a San Francisco e ha attirato la sua attenzione sulla borsa di studio per innovatori dell'ETH Library Lab. L'opzione è arrivata al momento giusto per Marie Griesmar. All'epoca, l'artista stava già collaborando con il Reef Genomics Lab in Arabia Saudita per sviluppare un'architettura subacquea. "Ora avevo bisogno di nuove tecnologie come la stampa 3D per andare avanti", dice l'artista, descrivendo la motivazione che l'ha spinta a candidarsi all'ETH. La collaborazione con il Library Lab dell'ETH ha preso due piccioni con una fava: Griesmar ha potuto lavorare all'ETH con la stampa 3D e il Library Lab ha acquisito una visione dell'infrastruttura di dati e informazioni che sta dietro a questo metodo. Griesmar ha anche prodotto modelli stampati in 3D per la rete svizzera "Material Archive". "La stampa 3D sta diventando sempre più importante nel campo della scienza. ? importante per le biblioteche individuare quali infrastrutture sono rilevanti per lo scambio di informazioni in questo settore e come vengono gestiti i dati e il software", afferma Okonnek, spiegando il rapporto del progetto con il Library Lab dell'ETH.

Dopo il successo del suo progetto "Beneath the Sea", Griesmar ha ricevuto il sostegno della cattedra di architettura e fabbricazione digitale dell'ETH "Gramazio Kohler Research" e della Scuola universitaria di Zurigo (ZHdK) per la ricerca sulla produzione di strutture di barriera corallina a partire dall'argilla. "C'è voluto del tempo perché parlassimo la stessa lingua e perché io imparassi il disegno CAD e la programmazione", racconta l'artista a proposito dell'inizio. Anche trovare il giusto rapporto di miscelazione per la stampa 3D con l'argilla è stato un gioco di tentativi ed errori per Griesmar: "Fortunatamente l'argilla può essere riciclata. L'azienda familiare locale Bodmer Ton me ne ha deciso una tonnellata".

Indipendentemente e senza saperlo, la biologa marina Ulrike Pfreundt stava lavorando sullo stesso argomento nello stesso edificio. Pfreundt ha utilizzato la stampa 3D dalla sabbia per scoprire quali geometrie possono aiutare le larve a insediarsi. "Quando l'ho saputo, ho subito pensato che avremmo dovuto unire le nostre forze", dice Griesmar con un luccichio negli occhi. I due ricercatori condividono la loro visione di una barriera corallina artificiale creata in modo economico con le nuove tecnologie e con l'aiuto della popolazione locale per sostenere la rigenerazione dell'ecosistema.

La domanda di ricerca comune ha portato alla tesi MAS DFAB "Computational Clay Coral Cities", in cui è stata coinvolta anche la cattedra di Digital Building Technologies. Due studenti di master del Dipartimento di architettura hanno studiato le possibilità delle formazioni rapide di argilla per la formazione di barriere coralline. La formazione rapida di argilla è un metodo in cui bracci robotici afferrano pezzi cilindrici di argilla e li pressano insieme secondo parametri predefiniti. Gli studenti si sono basati sui dati del Marine Research and High Education Centre (MaRHE) e i ricercatori della cattedra di Meccanica dei fluidi ambientali hanno studiato il flusso lungo la barriera artificiale.

Spinta dalle scoperte interdisciplinari, Griesmar ha deciso di produrre la propria struttura a partire dall'argilla, utilizzando il classico processo di stampa 3D. "In questo modo, abbiamo bisogno di meno materiale e, in secondo luogo, i mattoni e le stampanti sono più facili da trasportare, il che rende più semplice l'adattamento alle condizioni locali", dice l'artista. Con l'aiuto del programmatore Jonas Ward Van den Bulcke, ha stampato componenti che sono dotati di due connessioni e possono quindi essere impilati. Quando vengono appesi insieme, formano una struttura robusta che distribuisce le forze esterne. "Volevo creare un sistema modulare facile da installare, giocoso ed estetico", dice Griesmar, descrivendo il suo sistema di mattoni. Sono stati incorporati anche i risultati della ricerca di Pfreundt: "La superficie ruvida dell'argilla è ideale per le larve. Le sporgenze laterali, dell'ordine del centimetro, le proteggono dalla sabbia e dalle bocche dei pesci affamati", afferma il biologo marino. Campioni delle strutture superficiali di Griesmar sono attualmente appesi nell'Oceano Indiano, dove i ricercatori di MaRHE stanno osservando la colonizzazione delle larve di corallo.

Lego a sfondo scientifico

"Il Library Lab dell'ETH mi ha aiutato a trovare le persone giuste e mi ha sostenuto con metodo nel mio percorso interdisciplinare. ? stato molto prezioso", dice Griesmar. Dopo la borsa di studio all'ETH, insieme a Pfreundt ha fondato l'ONG "RRReefs", acronimo di Rethinking, Rebuilding, Regenerating Reefs. "Vogliamo trovare un approccio olistico al problema e coinvolgere le comunità locali", spiega Griesmar. La base è il sistema di mattoni RRReefs, da lei sviluppato. Nei workshop, i due vogliono creare due barriere coralline pilota in Colombia e alle Maldive insieme a dei volontari. "Se riesco a convincere le persone a percepire la maestosità della barriera corallina, a non perdere la speranza e ad agire, per me è un buon inizio", afferma Griesmar. Il duo vuole trasmettere le proprie conoscenze su come costruire una barriera corallina e monitorarla. "Le barriere costruite in precedenza non sono state monitorate e analizzate in modo coerente", afferma Pfreundt, biologo. Per questo motivo intendono documentare la ricchezza di specie e la crescita dei coralli sulla loro barriera pilota per almeno due anni. I risultati e i profitti vengono reintegrati nella ricerca e nel progetto, in modo da poter migliorare continuamente il loro approccio.

RRReefs si è posta l'obiettivo di produrre 200 mattoni per sito e di spedirli nei luoghi in cui verranno utilizzati. "Comporta un sacco di lavoro manuale e di tempo, soprattutto nella preparazione del materiale", dice Griesmar. Per questo motivo è in corso una campagna di crowdfunding, con la quale i sostenitori possono finanziare uno di questi mattoni o contribuire alla costruzione della barriera corallina. In futuro, tuttavia, i locali semi-qualificati potrebbero scaricare da soli i dati, stampare i componenti e posizionarli in mare. Fino ad allora, il team deve ancora trovare una soluzione per semplificare il processo di cottura dei mattoni, ad esempio con additivi che consentano una temperatura di cottura inferiore. Tuttavia, la passione con cui i due ricercatori affrontano il cambiamento climatico fa pensare che presto troveranno la risposta.