Investigadors i investigadores de l'IEO i l'ICM han contribuït a la seqüenciació més gran d'ADN de l'aigua i sediments de zones profundes de tots els oceans del món.
Un equip internacional entre els quals hi ha investigadors i investigadores de l'Institut Espanyol d'Oceanografia (IEO-CSIC) i l'Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) de Barcelona ha publicat la primera visió unificada de la biodiversitat eucariota dels oceans a escala global, basada en l'anàlisi de seqüències d'ADN des de la superfície de l'oceà fins als sediments de l'oceà profund.
El fons de l'oceà profund és l'ecosistema menys explorat del planeta malgrat cobrir més del 60% de la superfície terrestre. La vida, en gran part desconeguda, en els fons sedimentaris abissals, des d'animals bentònics fins a microorganismes, es basa principalment en la matèria orgànica que es diposita a les profunditats, una matèria que és producte de l'activitat de les comunitats que viuen a la columna d'aigua i que estan numèricament dominades per plàncton microscòpic.
Els ecosistemes bentònics dels fons marins són la base de dos importants serveis ecosistèmics d'importància global: el funcionament correcte de les xarxes tròfiques oceàniques, incloent-hi el reciclatge de nutrients, i el reservori de carboni l'emmagatzematge del qual té lloc en escales de temps geològiques. Tots dos processos són reguladors fonamentals del clima de la Terra.
El treball, publicat a la revista Science Advances, el signa un equip internacional de vuit països pertanyents a diversos centres de recerca i presenta els resultats de la seqüenciació massiva d'ADN eucariòtic contingut als sediments d'aigües profundes de les principals conques oceàniques i els compara amb resultats similars extrets de la columna d'aigües de tots els oceans, aquests últims obtinguts a les expedicions circumglobals 'Tara Oceans' i l'espanyola 'Malaspina'.
Aquest treball proporciona la primera visió integrada de la biodiversitat eucariota oceànica global, des de la superfície fins als sediments de les profunditats de l'oceà. Els resultats de l'estudi permeten abordar per primer cop algunes de les qüestions sobre ecologia marina a escala global, abastant l'espai tridimensional de l'oceà, cosa que representa un gran pas cap al concepte d'ecologia d'un sol oceà".
"Amb gairebé 1700 mostres i dos bilions de seqüències d'ADN, cobrint des de la superfície fins al fons de l'oceà profund, la seqüenciació ambiental d'alt rendiment realitzada amplia enormement la nostra capacitat per estudiar i comprendre la biodiversitat de les profunditats marines, la seva connexió amb les masses d‟aigua i amb el cicle global del carboni", afirma Tristan Cordier, investigador del NORCE i del Bjerknes Center for Climate Research de Noruega i autor principal de l'estudi.
Qui viu en aquest ambient fosc i hostil?
En comparar les seqüències d'ADN dels sediments amb les dels ambients pelàgics, s'ha pogut diferenciar els organismes bentònics autòctons dels organismes planctònics procedents de la columna d'aigua suprajacent i que arriben als fons marins en el procés de sedimentació que té lloc a través de la columna d'aigua. Els resultats indiquen que la biodiversitat bentònica podria ser tres vegades més gran que la de les masses d'aigua, essent aquesta diversitat formada per diferents grups taxonòmics majoritàriament desconeguts.
"Hem comparat les seqüències d'ADN bentònic d'aigües profundes amb totes les seqüències de referència disponibles per a eucariotes coneguts. Els nostres resultats indiquen que gairebé dos terços d'aquesta diversitat bentònica no es poden assignar a cap grup conegut, cosa que posa de manifest l'important buit en el nostre coneixement de la biodiversitat marina", diu Jan Pawlowski, professor del Departament de Genètica i Evolució de la Universitat de Ginebra i de l'Institut d'Oceanologia de l'Acadèmia polonesa de Ciències a Sopot.
Què ens pot dir l'ADN del plàncton als sediments d'aigües profundes?
L'anàlisi de l'abundància i la composició de l'ADN del plàncton als sediments de fons profunds ha confirmat que les regions polars són zones fonamentals de segrest de carboni. A més, el senyal d'organismes planctònics als sediments prediu la variació en la intensitat del funcionament de la "bomba biològica", un procés ecosistèmic que transfereix el diòxid de carboni atmosfèric a les profunditats de l'oceà, regulant així el clima global.
Com afectarà l'oceà profund pels canvis globals?
El conjunt de dades genòmiques obtingudes en aquest treball representa la primera instantània del total de la diversitat eucariota a l'oceà actual, proporcionant a més una oportunitat única per reconstruir com eren els oceans en el passat a partir de l'ADN contingut als sediments al llarg del temps. Aquesta informació permet, a més, analitzar com el clima ha afectat el plàncton i les comunitats bentòniques en el passat.
"Els nostres resultats també serviran com a base per reconstruir el funcionament passat de la bomba biològica a partir d'ADN antic acumulat al sediment i ens proporcionaran informació sobre el funcionament futur en un oceà més càlid, cosa que és clau per modelar el cicle del carboni en escenaris de canvi climàtic", comenta Tristan Cordier.
"Mentre que els estudis en aigües superficials ja havien demostrat la prevalença de nova diversitat, aquesta novetat és molt més exagerada al fons oceànic. Aquests organismes encara desconeguts probablement tenen un paper fonamental en els processos ecològics i cicles biogeoquímics. Un coneixement millor d'aquesta elevada diversitat és crucial si volem protegir aquests vastos ecosistemes, encara relativament prístins, dels impactes de possibles futures incursions humanes i del canvi climàtic", conclou Ramon Massana, científic de l'ICM-CSIC i coautor del treball.
La importància de la col·laboració internacional
Aquest treball és el resultat d'un enorme esforç col·lectiu, gràcies a les dades recollides en 15 expedicions internacionals en aigües profundes, algunes liderades per científics espanyols. Una d'aquestes campanyes, en aigües del Mediterrani i l'Atlàntic Nord, va ser la campanya MEDWAVES, realitzada l'any 2016 i liderada per la investigadora de l'IEO Covadonga Orejas Saco del Valle:
"Investigacions com aquesta són un exemple clar que la col·laboració internacional és crucial en la investigació per abordar temes que són globals, com ho és l'estudi de la biodiversitat oceànica, i que necessiten també estratègies globals per a la seva gestió i conservació adequada", assenyala la científica.