Dos estudios oceánicos analizan la diversidad y la actividad microscópica en todo el planeta

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Tara, rosetta de muestras

2021 a 2030, la Década de la Ciencia del Océano para el Desarrollo Sostenible

En un esfuerzo por revertir la disminución de la salud de los océanos del mundo, las Naciones Unidas (ONU) han declarado 2021 a 2030 como la Década de la Ciencia del Océano para el Desarrollo Sostenible. Un requisito clave para la iniciativa científica son los datos sobre las condiciones oceánicas globales existentes.

Ya está disponible un importante conjunto de datos gracias a la expedición Tara Oceans, una empresa internacional e interdisciplinaria que recolectó 35.000 muestras de todos los océanos del mundo entre 2009 y 2013. Los investigadores recolectaron las muestras a bordo de una goleta, la Tara, a profundidades que van desde la superficie hasta los 1.000 metros de profundidad.

Dos artículos publicados el 14 de noviembre en la revista Cell son los últimos en utilizar muestras y datos recopilados durante la expedición Tara Oceans para analizar la diversidad del plancton en todo el planeta, organismos microscópicos que se desplazan sobre las corrientes oceánicas que son clave para el bienestar de nuestros océanos.

Un estudio se centró en la diversidad del plancton en los océanos de la Tierra, mientras que el otro estudio evaluó la expresión génica entre las comunidades microbianas como una forma de predecir cómo podrían adaptarse estas comunidades a las cambiantes condiciones ambientales.

Diversidad de plancton en diferentes latitudes

"Todo está conectado en el océano, lo que significa que tiene el potencial de moverse", dice Chris Bowler, científico del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) del Institut de Biologie de l'Ecole Normale Superieure (IBENS) en París y un coautor principal del estudio del plancton. "Esto hace que sea importante reunir todo a escala global. Hacer un análisis profundo también nos permite capturar los organismos raros en la biosfera, además de los que son más abundantes".

"Nuestro estudio se centró en el plancton porque es uno de los principales contribuyentes a los ecosistemas marinos en términos de biomasa, abundancia y diversidad", dice la coautora principal Lucie Zinger del IBENS. "Todos los tipos de vida tienen representantes en el plancton: bacterias, arqueas, protistas, animales y plantas, así como virus. Pero la gran mayoría de esta diversidad es invisible a simple vista".

Tara y el planctonEl documento informa que la gran mayoría de los grupos planctónicos, desde virus gigantes hasta pequeños animales, siguen un gradiente de diversidad a lo largo de las latitudes, con el nivel más bajo de diversidad más cercano a los polos. "La temperatura del océano es la principal responsable de este patrón", señala Zinger. "Es probable que el calentamiento del océano debido al cambio climático conduzca a una 'tropicalización' o aumento de la diversidad de plancton en aguas templadas y polares. Aún no están claras las consecuencias de esto, pero sabemos que estas áreas geográficas son actualmente muy importantes para diferentes servicios de los ecosistemas, incluidas la pesca y el secuestro de carbono".

Un aspecto innovador de este estudio fue que combinó técnicas de imagen y basadas en el ADN para evaluar la diversidad del plancton. "Sabemos mucho sobre cómo procesar información de secuencias de ADN", dice Bowler. "Pero las imágenes son mucho más complicadas. Observamos muchas diferentes morfologías y comportamientos de estos organismos. Hay muchos organismos nuevos y nuevos tipos de interacciones entre ellos aún por descubrir".

Comprender la actividad de la vida microbiana a diferentes profundidades oceánicas y geografías

Tara despliega una red de planctonEl estudio del transcriptoma combinó datos metagenómicos y metatranscriptómicos, lo que permitió al equipo analizar el análisis de qué genes estaban presentes, así como qué genes estaban activados, en comunidades microbianas oceánicas en gradientes de profundidad y latitud. Estudios previos sobre la diversidad de la vida microbiana marina se han centrado principalmente en los genomas. Este fue el primero en analizar los transcriptomas a escala global.

"Examinar las transcriptomas es importante para determinar no solo qué microbios están presentes, sino también qué están haciendo esos microbios con respecto a actividades como la fotosíntesis y la absorción de nutrientes", dice el autor principal Shinichi Sunagawa del Instituto de Microbiología y el Instituto Suizo de Bioinformática ETH en Zúrich. "Uno de nuestros objetivos era saber si las comunidades microbianas se ajustan a las variaciones ambientales y de temperatura con cambios en su composición entre sí o con cambios en los patrones de expresión génica dentro de estas comunidades".

Los investigadores encontraron que, en términos de composición taxonómica, genómica y transcriptómica, existen distintos límites ecológicos que separan tanto las aguas superficiales de las profundas como las polares de las regiones no polares. Esperaban ver algunos de estos cambios, como las diferencias en los niveles de organismos fotosintéticos en relación con la profundidad del agua. Pero algunas otras observaciones fueron bastante inesperadas.

"No esperábamos encontrar patrones biogeográficos para los mecanismos subyacentes de la variación de la composición metatranscriptomica. Específicamente, encontramos que las diferencias en las comunidades polares están dominadas por los cambios en la composición de los organismos, mientras que en las aguas no polares, las diferencias están dominadas por los cambios en la expresión de los genes", dice Sunagawa. Agrega que su equipo también se sorprendió al encontrar evidencia genómica y transcriptómica de una bacteria fijadora de nitrógeno en aguas árticas profundas.

"Cada gota de agua marina está llena de microbios, que juegan un papel central en muchos procesos relevantes para la vida en la Tierra", señala. "Es esencial comprender los factores ecológicos que determinan la diversidad, composición y actividad de estos organismos para modelar y predecir mejor las desviaciones futuras, especialmente a la luz del cambio climático".

Una limitación de los datos provenientes de la expedición de Tara Oceans es que las muestras se recolectaron en un período de tiempo relativamente corto, menos de cuatro años. Esto hace que sea difícil observar tendencias mensurables en los océanos actuales relacionadas con el cambio climático. Los investigadores dicen que se necesitan estudios a más largo plazo para dar cuenta de los cambios en factores como la acidificación, la desoxigenación y la contaminación.

Un llamado a la ciencia oceánica frente al cambio climático

Los investigadores examinan las barreras que han impedido hasta el momento los cambios en la política de sostenibilidad del océano y sugieren estrategias para superar estos desafíos en una Perspectiva publicada el 14 de noviembre en la nueva revista Cell Press One Earth.

Tara entre hielo

"Como revelaron los lanzamientos de la evaluación global de la Plataforma Intergubernamental de Ciencia-Política sobre Biodiversidad y Servicios de los Ecosistemas y del Informe Especial sobre el Océano y la Criosfera del IPCC, ambos en 2019, ahora existe la urgencia de participar en caminos sostenibles", dice el co-autor Joachim Claudet del CNRS. Agrega que las principales amenazas para la sostenibilidad del océano son la sobreexplotación de peces, mariscos y otros organismos; contaminación terrestre y marina; y cambio de uso de la tierra/mar, incluido el desarrollo costero para infraestructura y acuicultura; y cambio climático.

"Necesitamos ciencia para desarrollar evidencia que pueda informar mejor las políticas para implementar soluciones viables, así como acciones operativas y transformadoras que puedan impactar mejor a las sociedades, desde las escalas locales a las globales", dice. "Las expediciones de Tara tienen múltiples valores. Nos permiten recopilar datos naturales locales in situ, químicos y físicos a escala del océano. Estos datos pueden alimentar tanto la investigación básica como la aplicada. Los programas de divulgación de Tara también pueden ser el motor del cambio más necesario en la percepción de que el océano es altamente valioso y vulnerable ".

Referencias:

Global Trends in Marine Plankton Diversity across Kingdoms of Life
Gene Expression Changes and Community Turnover Differentially Shape the Global Ocean Metatranscriptome
A Roadmap for Using the UN Decade of Ocean Science for Sustainable Development in Support of Science, Policy, and Action

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