Sequenziato il DNA eucariotico contenuto nei fondali oceanici della Terra e confrontato con i set di dati di plancton esistenti su scala globale
Il fondale oceanico è l'ecosistema meno esplorato del pianeta, nonostante ricopra oltre il 60% della superficie terrestre. Vita in gran parte sconosciuta nei sedimenti abissali, dagli animali bentonici ai microbi, aiuta a riciclare e/o sequestrare la materia (in)organica che affonda originata dalle comunità pelagiche che sono numericamente dominate dal plancton microscopico. Gli ecosistemi bentonici sono quindi alla base di due importanti servizi ecosistemici di importanza planetaria: il sano funzionamento delle reti alimentari oceaniche e il seppellimento del carbonio su scale temporali geologiche, entrambi regolatori critici del clima terrestre.
I ricercatori del Norwegian Research Centre (NORCE), Bjerknes Centre for Climate research, dell'Università di Ginevra, nonché del CNRS/Genoscope e dell'IFREMER in Francia, hanno sequenziato in modo massiccio il DNA eucariotico contenuto nei sedimenti di acque profonde di tutti i principali bacini oceanici e confrontato questi nuovi dati con i set di dati di plancton esistenti su scala globale dalla colonna d'acqua illuminata dal sole e da quella scura, ottenuti dal Tara Oceans e dalla spedizione Malaspina circumglobal.
Ciò fornisce la prima visione unificata dell'intera biodiversità eucariotica oceanica, dalla superficie al sedimento oceanico profondo, consentendo di affrontare per la prima volta questioni ecologiche marine su scala globale e attraverso lo spazio tridimensionale dell'oceano, rappresentando un passo importante verso “One Ocean ecology”.
«Con quasi 1700 campioni e due miliardi di sequenze di DNA dalla superficie al fondo oceanico in tutto il mondo, la genomica ambientale ad alto rendimento espande notevolmente la nostra capacità di studiare e comprendere la biodiversità delle acque profonde, la sua connessione con le masse d'acqua sopra e con il meccanismo inerente al ciclo del carbonio», afferma il dottor Tristan Cordier, (1) ricercatore presso NORCE e Bjerknes Center for Climate Research, Norvegia, e autore principale dello studio.
Cosa vive in questo ambiente oscuro e ostile?
Confrontando le sequenze del DNA dei sedimenti con quelle dei regni pelagici, è stato possibile distinguere gli organismi bentonici indigeni dal plancton affondante che aveva raggiunto il fondo del mare dalla colonna d'acqua sovrastante. I risultati indicano che questa biodiversità bentonica potrebbe essere tre volte più grande che nelle masse d'acqua superiori; e questa diversità è composta da gruppi tassonomici molto diversi che sono per lo più sconosciuti.
«Abbiamo confrontato le nostre sequenze di DNA bentonico di acque profonde con tutte le sequenze di riferimento disponibili per gli eucarioti conosciuti. I nostri dati indicano che quasi due terzi di questa diversità bentonica non possono essere assegnati ad alcun gruppo noto, rivelando una grande lacuna nella nostra conoscenza della biodiversità marina», afferma il dottor Jan Pawlowski, Professore al Dipartimento di Genetica ed Evoluzione dell'Università di Ginevra e all'Istituto di Oceanologia dell'Accademia polacca delle scienze a Sopot.
Cosa può dirci il DNA del plancton nei sedimenti di acque profonde?
L'analisi dell'abbondanza e della composizione del DNA del plancton nei sedimenti di acque profonde ha confermato che le regioni polari sono punti caldi di sequestro del carbonio. Inoltre, la composizione del DNA del plancton nei sedimenti prevede la variazione della forza della pompa biologica, un processo ecosistemico che trasferisce l'anidride carbonica atmosferica nelle profondità oceaniche, regolando così il clima globale.
«Per la prima volta, possiamo capire quali membri delle comunità di plancton contribuiscono maggiormente alla pompa biologica, probabilmente i processi ecosistemici più fondamentali negli oceani», afferma il dottor Colomban de Vargas, (2) ricercatore presso il CNRS di Roscoff, in Francia.
In che modo le profondità marine saranno influenzate dai cambiamenti globali?
Questo set di dati genomici rappresenta la prima istantanea coerente dell'intera diversità eucariotica nell'oceano moderno. Fornisce un'opportunità unica per ricostruire gli antichi oceani dal DNA contenuto nella registrazione cumulativa dei sedimenti, per valutare in che modo il clima ha influenzato il plancton e le comunità bentoniche in passato.
Il dottor Tristan Cordier dice: «I nostri dati non affrontano solo questioni su scala globale sulla biodiversità, la biogeografia e la connettività degli eucarioti marini. Possono anche servire come base per ricostruire il funzionamento passato della pompa biologica da antichi archivi di DNA sedimentario. Quindi ci informano sulla sua forza futura in un oceano più caldo, che è fondamentale per modellare il futuro ciclo del carbonio in caso di cambiamento climatico».
«Il nostro studio, pubblicato su cience Advances (3) dimostra ulteriormente che la ricerca sulla biodiversità delle acque profonde è di fondamentale importanza. Un numero enorme di organismi sconosciuti abita i sedimenti dei fondali oceanici e deve svolgere un ruolo fondamentale nei processi ecologici e biogeochimici. Una migliore conoscenza di questa ricca diversità è fondamentale se vogliamo proteggere questi vasti ecosistemi relativamente incontaminati dall'impatto di possibili future incursioni umane e comprendere gli effetti su di esso dei cambiamenti climatici», conclude il dottor Andrew J. Gooday, (4) professore emerito presso il National Oceanography Center, Southampton, che è stato anche coinvolto nella ricerca.
Istituzioni che hanno partecipato a questa ricerca sono:NORCE – Norwegian Research Centre (Norway), Bjerknes Centre for Climate Research (Norway), University of Geneva (Switzerland), Institute of Oceanology of the Polish Academy of Sciences (Poland), CNRS – National Center for Scientific Research (France), IFREMER – Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (France), National Oceanography Centre, Southampton (UK), Senckenberg Research Institute and Natural History Museum (Germany), MARUM – Center for Marine Environmental Sciences at the University of Bremen (Germany), CSIC – Institute of Marine Sciences (Spain), IEO – Spanish Institute of Oceanography (Spain), Center for Microbiome Innovation, University of California San Diego (USA), School of Ocean and Earth Science and Technology, University of Hawai'i at Manoa (USA).
Riferimenti:
(1) Tristan Cordier
(3) Patterns of eukaryotic diversity from the surface to the deep-ocean sediment
(4) Andrew J. Gooday
Descrizione foto:
Foto sinistra: 15 spedizioni internazionali in acque profonde ha consentito l'analisi dei sedimenti abissali raccolti in tutte le principali regioni oceaniche, compresi l'Artico e gli oceani meridionali. - Credit: © Andreas Worden.
Foto destra: Gorgonie e coralli neri a 1960 m di profondità nell'Oceano Atlantico. - Credit: © Progetto MEDWAVES/IEO/ATLAS.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: The abyssal world: the last terra incognita of the Earth surface.