Plancton diverso: attivo in modo diseguale, distribuito in modo diseguale
Un consorzio di ricerca internazionale con la partecipazione dell'ETH mostra: Il plancton marino è più diversificato negli oceani caldi che nei mari polari, sia in termini di numero di specie che di attività biologiche delle comunità di plancton. Il cambiamento climatico potrebbe portare a una ridistribuzione del plancton negli oceani del mondo.
L'oceano è l'unico ecosistema coerente della Terra. Innumerevoli virus, microbi, protozoi vegetali e animali e minuscoli animali compongono il plancton che va alla deriva con le correnti oceaniche.
Il plancton, per quanto piccoli e insignificanti possano sembrare i suoi componenti, ha funzioni estremamente importanti. Costituisce la base di tutte le catene alimentari marine. Inoltre, i componenti del plancton attivi dal punto di vista fotosintetico, come le alghe e le alghe blu-verdi, producono enormi quantità di ossigeno e allo stesso tempo legano una grande percentuale di anidride carbonica dell'atmosfera.
In due nuovi studi appena pubblicati sulla rivista scientifica "Cell", un consorzio di ricerca internazionale, tra cui il Microbiome Research Group diretto dal professor Shinichi Sunagawa dell'ETH, mostra dove si trovano i gruppi più importanti di organismi del plancton e come si adattano alle condizioni naturali delle rispettive aree marine.
Analisi dei geni e dei loro trascritti
In uno dei due studi secondari, Sunagawa e il suo gruppo hanno analizzato i cosiddetti metatranscriptomi di batteri e archei utilizzando centinaia di campioni di plancton provenienti da tutti gli oceani del mondo. I campioni provenivano da spedizioni che la Tara Ocean Foundation aveva intrapreso in tutto il mondo con la barca a vela "Tara" tra il 2009 e il 2013.
Il metatranscriptoma comprende tutti i trascritti genici, cioè le molecole di RNA, che sono state isolate dalla miscela di vari batteri e archei planctonici.
Le ricerche all'ETH sono poi riuscite ad assegnare le molecole di RNA esistenti a un gene utilizzando un database. Il database è stato creato dal gruppo di Sunagawa e contiene 47 milioni di voci per i geni di circa Chi siamo.000 specie microbiche diverse che sono state trovate finora nel plancton di tutto il mondo.
I ricercatori hanno anche misurato la frequenza con cui una molecola di RNA era presente in un campione. Il numero di molecole di RNA indica quanto fosse attivo un gene al momento del prelievo del campione. Da ciò i ricercatori possono trarre conclusioni su alcuni processi metabolici e sulla capacità dei microbi di adattarsi ai rispettivi luoghi.
Diversità più elevata intorno all'equatore
Queste analisi mostrano che le comunità microbiche planctoniche delle acque calde sono più diversificate e Chi siamo ha un ampio pool genico. Per questo motivo, i microbi dei mari caldi sono più flessibili: come comunità, possono attivare o disattivare diversi geni a seconda delle necessità e quindi adattare il loro metabolismo in modo più rapido e appropriato alle temperature dell'acqua più elevate.
Le comunità microbiche nei mari polari più freddi, a nord o a sud dei 60 gradi di latitudine, invece, hanno meno specie e sono geneticamente meno diversificate. Ciò rende più difficile per queste comunità adattarsi alle temperature più elevate dell'acqua. "I nostri risultati suggeriscono che potrebbero essere più specializzati nella loro nicchia specifica. Di conseguenza, potrebbero avere una minore capacità di adattare i loro processi metabolici a temperature dell'acqua più elevate, che si verificheranno anche nelle acque polari a causa dei cambiamenti climatici", spiega Sunagawa. Per questo motivo, i microbi dei mari freddi potrebbero un giorno essere soppiantati dalla concorrenza degli oceani più caldi".
La temperatura come fattore trainante
Lo indica anche una seconda pubblicazione, apparsa oggi su "Cell", di cui Sunagawa e il suo personale scientifico Guillem Salazar sono co-autori. In questo studio, i ricercatori guidati da Lucie Zinger e Chris Bowler del CNRS e dell'ENS di Parigi hanno analizzato la distribuzione globale di diversi importanti gruppi di specie di plancton, tra cui virus, eucarioti unicellulari e materiale animale.
I risultati mostrano che il plancton, pur vivendo in un ecosistema coerente, è distribuito in modo disomogeneo. La più alta diversità delle specie si trova nei mari non polari, mentre la diversità diminuisce verso i poli.
Questa diminuzione coincide con bruschi cambiamenti nelle condizioni chimiche e fisiche dell'acqua di superficie. Anche la composizione e le quantità delle comunità microbiche in queste tre aree variano. "Anche in questo caso, la temperatura è il fattore decisivo che controlla la diversità delle specie di plancton", spiega Zinger. I mari del nord sono importanti zone di pesca. Queste si basano sull'attuale livello di plancton, che è la base di tutte le catene alimentari marine. Se la composizione del plancton cambia, la base alimentare per i pesci e gli altri organismi marini superiori, ma anche per gli esseri umani, potrebbe cambiare in modo massiccio.
Il cambiamento climatico altera la composizione
Le conseguenze del riscaldamento globale delle acque marine, in particolare nelle regioni polari, per l'intero ecosistema sono attualmente imprevedibili. Tuttavia, Sunagawa ritiene che siano più negative che positive e sottolinea che gli effetti ecologici di altri fattori legati alla temperatura, come l'esaurimento dell'ossigeno e l'acidificazione degli oceani, devono essere compresi meglio. In qualità di ricercatore di analisi ad alta intensità di dati, è quindi favorevole a progetti che prevedano l'osservazione a lungo termine e interdisciplinare degli oceani del mondo.
Gli studi del consorzio di ricerca si basano su diverse spedizioni condotte dalla Tara Ocean Fondation francese tra il 2009 e il 2013. Chi siamo ha coinvolto più di 120 ricercatori che hanno campionato plancton dalla superficie e da profondità fino a 1000 metri in 210 località lungo vari transetti negli oceani del mondo. L'obiettivo delle spedizioni era quello di studiare gli ecosistemi planctonici nel contesto dei cambiamenti climatici.
Riferimenti
Salazar G et al. Gene Expression Changes and Community Turnover Differentially Shape the Global Ocean Metatranscriptome. Cell (2019), pubblicato online il 14 novembre 2019. doi: pagina esterna10.1016/j.cell.2019.10.014
Ibarbalz FM et al. Tendenze globali nella diversità del plancton marino attraverso i regni della vita. Cell (2019), pubblicato online il 14 novembre 2019, doi: pagina esterna10.1016/j.cell.2019.10.008