Un nou estudi liderat per un equip científic de l’Institut de Ciències del Mar (ICM) de Barcelona ha revelat que l’ambient té una gran influència sobre l’evolució dels depredadors dels bacteris de l’oceà, essencials per al reciclatge de nutrients. Aquests microorganismes se situen a la base de les xarxes tròfiques marines, de manera que un augment de la temperatura de l’aigua podria tenir diversos efectes difícils de predir sobre tota la comunitat marina.

Un nou estudi liderat per un equip científic de l’Institut de Ciències del Mar (ICM) de Barcelona que ha comptat també amb la participació d’investigadors i investigadores de Noruega, França i els Estats Units, ha revelat que l’ambient és clau en l’evolució dels depredadors de bacteris de l’oceà, microorganismes eucariotes unicel·lulars que són essencials per al reciclatge de nutrients que seran aprofitats pels nivells superiors de les xarxes tròfiques marines.

En concret, el treball, publicat aquesta setmana a la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences, constata que la temperatura de l’aigua i el tipus de preses disponibles per a aquests depredadors tenen una gran influència sobre la seva evolució, havent contribuït això a l’aparició d’espècies diferents dins d’una mateixa família.

“Els resultats suggereixen que aquests depredadors unicel·lulars han evolucionat d’una manera similar als pinsans de Darwin a les illes Galápagos a partir d’un ancestre comú, adaptant-se a diferents temperatures de l’oceà o a diferents dietes”, exposa Ramiro Logares, investigador de l’ICM i autor responsable de l’estudi.
Els resultats posen de manifest la importància de conèixer l’ecologia i l’evolució a nivell d’espècie d’aquest tipus d’organismes, cosa que no és especialment fàcil tenint en compte que la majoria no es poden cultivar al laboratori, i això dificulta molt seu estudi.

Entre els microorganismes encara no cultivats es troben la majoria dels eucariotes unicel·lulars amb capacitat depredadora -els estudiats en aquest treball-, que es consideren essencials a l’oceà perquè estableixen interaccions depredador-presa a la base de la xarxa tròfica marina. Aquests microorganismes acostumen a estar catalogats dins el mateix grup funcional malgrat tenir ecologies i històries evolutives diferents.

“A part de la dificultat afegida per obtenir un genoma de qualitat, sense un cultiu és extremadament complicat provar qualsevol classe d’hipòtesis que requereixi l’estudi d’un organisme sota diferents condicions ambientals”, apunta Francisco Latorre, també investigador de l’ICM i primer autor de l’estudi.

Per a l’elaboració del treball, l’equip investigador va estudiar quatre espècies pertanyents a la mateixa família d’organismes no cultivats obtingudes de mostres d’aigua preses durant les expedicions globals Malaspina i Tara Oceans, ambdues celebrades entre els anys 2009 i 2013. Durant aquestes expedicions es van recollir milers de mostres de microorganismes de tots els oceans de món.

Per a la seva anàlisi, es van utilitzar diverses tècniques com ara la Genòmica de Cèl·lules Individuals (Single-Cell Genomics, en anglès), el codi de barres d’espècies (metabarcoding), la metagenòmica i la metatranscriptòmica. Posteriorment, els investigadors es van servir de la bioinformàtica per determinar el genoma d’aquestes espècies, desvetllar el seu potencial metabòlic i la distribució i expressió dels seus gens a l’oceà global.

L’objectiu era determinar les diferències genòmiques entre les espècies estudiades, ja que aquestes podrien ser clau per conèixer les adaptacions metabòliques que han experimentat aquestes espècies i les relacions que hi ha entre aquestes adaptacions i les seves distribucions biogeogràfiques. Per a això últim, l’equip investigador va dur a terme una recomposició dels genomes d’aquestes quatre espècies de depredadors de bacteris.

“Quan vam descobrir l’existència d’aquesta família de depredadors de bacteris a través de la seqüenciació ambiental fa més de vint anys, no podíem imaginar que arribaríem a conèixer amb aquest nivell de detall els genomes, biogeografies i històries evolutives de les diferents espècies que formen la família”, afegeix Ramon Massana, un altre dels investigadors de l’ICM que han participat en el treball.

Els resultats d’aquest estudi poden tenir implicacions en l’enteniment dels efectes del canvi global sobre els microorganismes de l’oceà i, per tant, poden afectar a la resta d’organismes marins. Segons l’equip investigador, un increment de les temperatures de l’oceà podria canviar les distribucions geogràfiques d’aquests depredadors, tenint això efectes potencials difícils de predir a la base de les xarxes tròfiques marines.

Per això, de cara a futures investigacions, els autors intentaran aprofundir en l’estudi de les diferents poblacions d’aquests depredadors a l’oceà global i en una sèrie temporal utilitzant dades de metagenòmica en conjunt amb l’anàlisi de variants de nucleòtids. Això els permetrà entendre els possibles canvis adaptatius a nivell de gens que donen lloc a diferents poblacions.

Article de referència

Latorre, Francisco, Ina M. Deutschmann, Aurélie Labarre, Aleix Obiol, Anders K. Krabberød, Eric Pelletier, Michael E. Sieracki, Corinne Cruaud, Olivier Jaillon, Ramon Massana, and Ramiro Logares. 2021. Niche adaptation promoted the evolutionary diversification of tiny ocean predators. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118 (25).  

Elena Martínez  / Divulgació i Comunicació ICM-CSIC

Algunos de los arrecifes de coral más antiguos del Mediterráneo empezaron a formarse hace 400.000 años

Distribució de les quatre espècies estudiades de MAST-4 (espècies A, B, C i E) en la superfície de l’oceà. Els punts vermells indiquen els punts de mostreig de l’expedició Malaspina mentre que les gràfiques circulars indiquen l’abundància relativa de cada espècie estudiada en cadascun d’aquests punts de mostreig. La gràfica de dalt a la dreta mostra una xarxa d’associacions entre cadascuna de les espècies (convivència o co-exclusió). L’amplada de les connexions indica la força de l’associació. El color de fons sobre l’oceà indica l’espècie més abundant en cada regió. Les fletxes indiquen àrees on hi ha canvis importants en l’abundància de les espècies. Cal destacar que les espècies més abundants, A i C, alternen en predominança en grans regions oceàniques.