Una cartografia de la diversitat específica de la microbiota bacteriana oceànica

Microbiogeografia: Iniciatives com el Cens Internacional de Microbis Marins (ICOMM), basat en gens concrets, o la Sorcerer II Global Ocean Sampling Expedition, basada en dades metagenòmiques, han contribuït fonamentalment a una quantificació de la diversitat bacteriana en els oceans. És possible que, en un futur, els avenços en les tècniques de seqüenciació i en les eines analítiques associades, permetin una cartografia directa de les distribucions dels diferents tàxons bacterians en els oceans, segons latitud, fondària, època del dia i de l’any, zona geogràfica, altres factors ambientals, etc. De moment, però, és possible avançar modelitzacions estatístiques que, a partir de les dades limitades de la genètica/genòmica, puguin predir la diversitat bacteriana a partir de les condicions ambientals. Un grup d’investigadors, encapçalat per Joshua Ladau, de la Universitat de Califòrnia, presenta en ISME, les conclusions d’un d’aquests models, que posa de manifest, entre d’altres coses, que el pic anual de biodiversitat bacteriana en latituds elevades s’esdevé en els mesos hivernals.

La modelització de la distribució d’espècies (SDM)

En la recerca han col·laborat, a més dels col·legues de Ladau de l’Institut Gladstone (Thomas J. Sharpton, Mariel M. Finucane, Katherine S. Pollard), investigadors de la Universitat de Califòrnia a David (Guillaume Jospin), de la Universitat d’Oregon (Steven W. Kembel, Jessica L. Green), de l’Institut de Santa Fe (James O’Dwyer) i de la Universitat de Virgínia (Alexander F. Koeppel). Amb la modelització de la distribució d’espècies (SDM) com a eina, han elaborat models a partir de les bases de dades públiques de paràmetres ambientals i genètics (seqüències de rDNA).

Les dades emprades del projecte MICROBIS de l’ICOMM contemplen 377 mostres marines, de 164 localitzacions diferents, amb fondàries que no arriben als 150 m. Ladau et. al. han exclòs, doncs, mostres provinents d’ambients extrems (fumaroles, capes anòxiques, sediments marins). Aquestes dades no seqüencien el genoma completa sinó tan sols la regió intergènica entre els gens ribosomals 16S i 13S. Com que els genomes bacterians es construeixen no tan sols amb aportacions verticals (de cèl·lula mare a cèl·lula filla) sinó també amb aportacions horitzonals, hom ha optat per definir els taxons bacterians a través d’aquests gens ribosomals, força conservats, en tant que codifiquen per a una estructura comuna, el ribosoma, compartida per tots els organismes cel·lulars.

Les dades ambientals contemplen 45 variables, cartografiades amb una resolució de 0,5º de latitud/longitud. D’aquestes 45 variables, n’hi ha 21 que mostren correlació amb la diversitat bacteriana i que n’expliquen una part molt rellevant.

Els patrons anuals de diversitat bacteriana

En aquests mapes es representa la riquesa o biodiversitat bacteriana en colors (vermell per al màxim, i violat per al mínim). El mapa de dalt (a) reflecteix la situació en el mes de desembre (amb un màxim de diversitat en els oceans septentrionals) mentre el mapa b reflecteix la situació en el mes de juny (amb un màxim en l’oceà austral). Els pics de diversitat es produeixen en les regions extratropicals durant l’hivern

Hi ha una forta variació estacional pel que fa a la diversitat bacteriana. Recordem que parlem ací del grau de diversitat de bacteris, no pas de la càrrega bacteriana. En tot cas, les poblacions bacterianes més diverses es troben en l’oceà hivernal, tant si es tracta de l’oceà septentrional del desembre com si es tracta de l’oceà austral del juny. Si fem la mitjana anual, els pics latitudinals es produeixen a 30ºN i a 30ºS.

Això contrasta amb el comportament de la biodiversitat dels macroorganismes, que sempre és més elevada (tant en els oceans com en els continents) en latituds tropicals. Fins fa no gaire, hom pensava que aquest patró de màxima diversitat intertropical era també compartit per la microbiota bacteriana oceànica, si bé diversos estudis empírics ja assenyalaven els trets trobats en els models de Ladau et al.

Com s’explica aquest patró? Ladau et al. assenyalen tres factors ambientals: 1) la profunditat de la termoclina; 2) la durada del dia; 3) la concentració de fosfat.

La termoclina és el punt de la columna d’aigua en el qual es registra una ràpida transició entre les temperatures de les capes superficials i de les capes fondes. En l’hivern la termoclina té lloc a una fondària més elevada que no pas l’estiu. Com que el model de Ladau et al. tracta de la part superior de la columna d’aigua, una termoclina més profunda implica un major volum oceànic per als bacteris de les capes més superficials.

La durada del dia, menor en els mesos hivernals, també contribueix a la diversificació de la comunitat bacteriana oceànica de la capa fòtica, segurament perquè en l’època estival adquireixen més rellevància els fotobacteris (particularment, cianobacteris).

El rol de la concentració de fosfat en la diversitat bacteriana posa de manifest que aquest nutrient és el factor limitant per a un gran nombre d’espècies.

Els punts màxims de biodiversitat bacteriana s’associen als punts amb major impacte de les activitats humanes

Les àrees de major impacte humà (representades a “a” en colors, amb el vermell com a de més gran impacte i el violat com de menor impacte) coincideixen en línies generals amb les zones de màxima diversitat bacteriana (circumscrites a “a” amb línies negres). En el mapa “c” els colors es corresponen a la diversitat de macroorganismes (vermell zones més diverses i violat zones menys diverses). En línies generals, una major diversitat bacteriana es vincula a una menor diversitat de macroorganismes).

Els autors han identificat el 10% de la superfície oceànica que mostra índexs més elevats de diversitat bacteriana. Es troben en latituds situades entre 15º-45º de latitud, a banda i banda de l’equador. Aquestes regions coincideixen també amb les àrees oceàniques que reben un major impacte de l’activitat humana. En canvi, no sembla que hi hagi una relació clara amb alguns aspectes associats a l’activitat humana (anomalies tèrmiques associades a l’escalfament global antropogènic; acidificació oceànica vinculada a les emissions antropogèniques de CO2; augment de la radiació ultraviolada degut a l’afebliment antropogènic de la capa d’ozó).

Els principals grups bacterians

En aigües subtropicals i tropicals, de manera constant durant l’any, els cianobacteris Prochlorococcus i Synechococcus arriben a suposar el 25% de les comunitats bacterianes. Els índexs de biodiversitat, com ara l’índex de Shannon, baixen en situacions com aquesta, ja que una bona part de la informació es troba concentrada en un nombre reduït de grups.

Pot semblar paradoxal que durant els blooms bacterians de l’estiu en les latituds extratropicals, mentre augmenta la massa bacteriana (en termes de biomassa i de comptatge cel·lular) davalli la biodiversitat. Però la paradoxa s’explica pel fet que uns pocs grups són els que aprofiten les condicions estivals, fonamentalment bacteris fotòtrofs que siguin eficients en el metabolisme del fòsfor. Contràriament, grups sencers com els alfaproteobacteris, adquireixen la major diversitat, en condicions hivernals.

En les regions polars de l’oceà, hi ha una alterança entre els grups que proliferen en l’època estival (com Polaribacter) i els que ho fan en l’hivern (Pelagibacter). Els gammaproteobacteris, en termes generals, mostren una major diversitat en les latituds més elevades.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.