Notícies



El catàleg global del plàncton marí de Tara Oceans arriba als pols


El veler Tara entre el gel, vist des del màstil (François Aurat/Fondation Tara Ocean)
15 Novembre 2019

Els nous resultats de l'expedició Tara Oceans, liderats per la Fundació Tara Oceans i els equips del CNRS, de l'EMBL, CEA, la Sorbonne Université i la Université Paris Science Lettres, amb la col·laboració d'altres institucions entre les que es troba el Institut de Ciències del Mar del CSIC, mostren que la diversitat i les funcions del plàncton marí en els oceans canvien dràsticament segons la latitud.

Els primers resultats de l'expedició Tara Oceans, desenvolupada entre 2009 i 2013, van proporcionar a la comunitat científica una base sòlida que descrivia la varietat del plàncton i les interaccions en les regions oceàniques tropicals i temperades. Ara, dos nous estudis fan un pas més tot incorporant noves dades de la circumnavegació del Cercle Polar, portats a terme en l'Oceà Àrtic el 2013.

Els resultats, publicats a Cell, mostren que les espècies de plàncton es distribueixen de manera desigual i poden ajustar-se de manera diferent a les condicions ambientals entre l'equador i els pols. S'espera que aquestes troballes tinguin fortes implicacions ecològiques, ambientals i econòmiques, en el cas d'un augment de la temperatura de l'oceà per sobre de cert llindar.

Juntament amb el recent Informe especial de l'IPCC sobre "l'oceà i la criosfera en un clima canviant", aquests estudis proporcionen informació addicional sobre els possibles impactes de l'canvi climàtic en la biodiversitat marina. La ciència ha d'aportar evidències a la política per implementar solucions viables de sostenibilitat, així com accions transformadores que puguin arribar a la societat, des de escales locals a globals.

 

EL PLÀNCTON MARÍ CANVIA LA SEVA DIVERSITAT I FUNCIÓ DES DE L'EQUADOR ALS POLS

Sovint es diu que l'oceà és l'únic ecosistema continu al planeta i indispensable per a la salut de la Terra. La gran quantitat de virus, microorganismes i petits animals que es desplacen amb els corrents marins, anomenades col·lectivament «plàncton», juguen un paper crucial: formen la base de la cadena alimentària marina, capturen una gran fracció de diòxid de carboni atmosfèric i alliberen oxigen a través de la fotosíntesi.

El primer estudi, dirigit per Lucie Zinger, professora assistent de l'Escola Normal Superior de París (ENS - PSL), i Chris Bowler, director d'investigació de el Centre Nacional d'Investigació Científica CNRS a París (França), i amb la participació de Marta Royo-Llonch, Isabel Sanz Sáez, Josep M. Gasol i Silvia G. Acinas de l'Institut de Ciències de la Mar (ICM-CSIC), van analitzar les dades recopilades de 189 estacions de mostreig a tot el món durant la expedició Tara Oceans.

El seu objectiu era identificar els motors de la diversitat dels principals grups de plàncton per tal de mapejar la seva distribució a escala global i obtenir informació sobre com podrien respondre a el canvi climàtic. L'equip científic va combinar dades genètiques nous i ja publicats per identificar les espècies, i anàlisi d'imatges d'última generació per avaluar la quantitat de cada espècie present a les mostres.

"Els nostres resultats mostren clarament que la diversitat planctònica és més important al voltant de l'equador i disminueix cap als pols", explica Lucie Zinger. "L'existència de tals gradients de diversitat latitudinal està ben establerta per a la majoria dels organismes terrestres i va ser descrita per Alexander von Humboldt fa 200 anys. És una coincidència interessant que puguem provar la seva validesa per a la majoria dels grups de plàncton a l'oceà global, des de virus gegants fins a petits metazous, en el 250 aniversari del seu naixement".

En paral·lel, el segon estudi, dirigit per Shinichi Sunagawa, professor assistent d'Investigació de Microbiomas a l'Escola Politècnica Federal de Zuric (ETH), de Suïssa, i que compta amb els investigadors de l'ICM-CSIC Marta Royo-Llonch, Pablo Sánchez i Silvia G. Acinas com a coautors, va treballar en la seqüenciació massiva d'ADN i ARN de Tara Oceans per establir un nou catàleg global de 47 milions de gens microbians oceànics que ara s'estén als pols.

L'equip va mesurar els productes de la transcripció gènica, anomenat metatranscriptoma, i va analitzar quins gens s'expressen activament en els genomes microbians per comprendre la capacitat dels microorganismes per adaptar-se a les condicions ambientals canviants. "Amb aquestes anàlisis estudiem no sols la capacitat funcional sinó també la possible activitat dels microorganismes a nivell global i els mecanismes d'adaptació als canvis ambientals", explica Silvia G. Acinas, una de les coordinadores de la expedición de Tara Oceans.

 

TEMPERATURA, PARÀMETRE CLAU DE DISTRIBUCIÓ MICROBIANA I ACTIVITAT A L'OCEÀ

El gradient de diversitat i les funcions observades en espècies bacterianes no canvien regularment amb l'augment de les latituds. L'activitat microbiana i la diversitat romanen estables entre l'equador i els 40 ° de latitud (nord o sud), després canvien ràpidament per trams, fins aproximadament els 60 ° de latitud (nord o sud), on comença un nou estat estable.

Aquests dos límits ecològics (un a nord de l'equador i un altre a sud) coincideixen amb els canvis físics i químics en les aigües superficials, principalment una forta caiguda de temperatura. La composició i quantitat de les poblacions microbianes en ambdós costats d'aquest límit varien molt. Els nous mapes de diversitat de plàncton creats per l'equip dirigit per Lucie Zinger mostren que hi ha límits similars per a totes les espècies de plàncton, des de bacteris, arqueus, protistas i zooplàncton fins a la majoria dels virus. Aquí també, la temperatura sembla ser el factor principal que explica aquests patrons, amb la disponibilitat de recursos en segon lloc.

 

CAP A UNA "TROPICALITZACIÓ" DE LES REGIONS OCEÀNIQUES TEMPERADES I POLARS

La influència de la temperatura en la distribució de les espècies planctòniques planteja preguntes òbvies en el context actual del canvi climàtic. Basat en els models del panel intergovernamental per al canvi climàtic (IPCC) més recents i precisos, l'equip de Lucie Zinger fa una predicció de com podria evolucionar la biodiversitat del plàncton. Tot i que aquests resultats han de ser refinats i validats, mostren clarament que les temperatures oceàniques més altes poden causar una "tropicalització" de les regions oceàniques temperades i polars, amb temperatures més altes de l'aigua i una major diversitat d'espècies planctòniques.

Les aigües temperades i polars són actualment molt importants per diverses raons ambientals i econòmiques: tenen un paper crucial en la captura de carboni atmosfèric i el seu emmagatzematge en l'oceà; són zones de pesca molt actives i grans regions d'aquestes aigües estan protegides per proporcionar refugi a espècies en perill d'extinció. No obstant això, s'espera que els canvis més importants en la diversitat ocorrin en aquestes àrees, el que probablement alterarà els ecosistemes associats i tindrà greus conseqüències en tot el món.

 

D'AIGÜES CÀLIDES A POLARS, ¿QUINS MECANISMES DE RESPOSTA ESTAN INVOLUCRATS?

Cap model actual pot predir amb precisió com els ecosistemes oceànics s'adaptaran al canvi climàtic. No obstant això, la investigació realitzada per Shinichi Sunagawa i el seu equip ens proporciona pistes sobre els mecanismes involucrats, al menys pel que fa als bacteris i arquees planctòniques. En general, les comunitats microbianes poden adaptar-se als canvis ambientals de dues maneres diferents: primer, adaptant el seu metabolisme i, per tant, els seus patrons d'expressió gènica per aprofitar al màxim les noves condicions. En segon lloc, poden reemplaçar les seves espècies membre menys adaptades per altres millor adaptades. L'estudi dels transcriptomes va permetre als científics desentranyar quin mecanisme adaptatiu preval en quin entorn.

Les poblacions de microorganismes en aigües més càlides, entre 40 ° N i 40 ° S, són més diverses i es beneficien d'un gran conjunt de gens que poden activar-se o desactivar-se en cas que es necessitin noves característiques per adaptar-se. Com a resultat, les espècies poden adaptar el seu metabolisme i continuar prosperant. No obstant això, en aigües polars, la varietat d'espècies i gens microbians és molt més reduïda i les comunitats de plàncton s'adapten a través del recanvi d'espècies enlloc de l'expressió diferencial de gens. Això suggereix que el nínxol ecològic d'aquestes espècies és més estret, i algunes d'elles podrien no ser capaces d'adaptar el seu metabolisme en resposta a l'escalfament de l'oceà. Posteriorment, podrien desaparèixer i ser reemplaçades per noves espècies d'aigües més càlides.

Per tant, les aigües més càlides i les més fredes apareixen com dos ecosistemes amb mecanismes adaptatius diferents per les seves poblacions microbianes. Aquest resultat apunta respostes potencialment molt diferents a el canvi climàtic en diferents regions dels nostres oceans.

 


 

Artícles:
F.M. Ibarbalz et al., Global trends in marine plankton diversity across kingdoms of life, Cell (2019), https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.008
G. Salazar et al., Gene expression changes and community turnover differentially shape the global ocean metatranscriptome, Cell (2019), https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.014