Nel tentativo di invertire il declino della salute degli oceani del mondo, le Nazioni Unite (ONU) hanno dichiarato dal 2021 al 2030 il decennio della scienza oceanica per lo sviluppo sostenibile. Un requisito fondamentale per l'iniziativa scientifica sono i dati sulle condizioni oceaniche globali esistenti. Un'importante raccolta di dati è già disponibile grazie alla spedizione Tara Oceans, un internazionale, impresa interdisciplinare che ha raccolto 35, 000 campioni da tutti gli oceani del mondo tra il 2009 e il 2013. I campioni sono stati raccolti da ricercatori a bordo di una goletta, la Tara, a profondità che vanno dalla superficie a 1, 000 metri di profondità.

Due articoli pubblicati il ​​14 novembre sulla rivista Cellula sono gli ultimi ad utilizzare campioni e dati raccolti durante la spedizione Tara Oceans per analizzare la diversità nell'intero pianeta del plancton, organismi microscopici che si spostano sulle correnti oceaniche fondamentali per il benessere dei nostri oceani. Uno studio si è concentrato sulla diversità del plancton negli oceani della Terra, considerando che l'altro studio ha valutato l'espressione genica tra le comunità microbiche come un modo per prevedere come queste comunità potrebbero adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali.

Diversità del plancton a diverse latitudini

"Tutto nell'oceano è connesso, il che significa che ha il potenziale per muoversi, "dice Chris Bowler, uno scienziato del Centro nazionale per la ricerca scientifica (CNRS) presso l'Institut de Biologie de l'Ecole Normale Superieure (IBENS) di Parigi e co-autore senior dello studio sul plancton. "Questo rende importante assemblare tutto su scala globale. Fare analisi approfondite ci consente anche di catturare gli organismi rari nella biosfera oltre a quelli più abbondanti".

"Il nostro studio si è concentrato sul plancton perché è un importante contributo agli ecosistemi marini in termini di biomassa, abbondanza, e diversità, ", afferma la co-autrice senior Lucie Zinger di IBENS. "Tutti i tipi di vita hanno rappresentanti nel plancton:batteri, Archea, protisti, animali e piante, così come i virus. Ma la grande maggioranza di questa diversità è invisibile ad occhio nudo".

Il documento riporta che la grande maggioranza dei gruppi planctonici, dai virus giganti ai piccoli animali, seguire un gradiente di diversità lungo le latitudini, con il più basso livello di diversità più vicino ai poli. "La temperatura dell'oceano è la principale responsabile di questo modello, " osserva Zinger. "Il riscaldamento degli oceani dovuto ai cambiamenti climatici rischia di portare a una 'tropicalizzazione, ' o aumentare, della diversità del plancton nelle acque temperate e polari. Le conseguenze di ciò non sono ancora chiare, ma sappiamo che queste aree geografiche sono attualmente molto importanti per diversi servizi ecosistemici, compresa la pesca e il sequestro del carbonio".

Un aspetto innovativo di questo studio è stato la combinazione di tecniche di imaging e tecniche basate sul DNA per valutare la diversità del plancton. "Sappiamo molto su come elaborare le informazioni dalle sequenze di DNA, "Dice Bowler. "Ma le immagini sono molto più complicate. Abbiamo osservato molte diverse morfologie e diversi comportamenti di questi organismi. Ci sono molti nuovi organismi e nuovi tipi di interazioni tra loro ancora da scoprire".

Comprendere l'attività della vita microbica in diverse profondità oceaniche e geografie

Lo studio del trascrittoma ha combinato dati metagenomici e metatrascrittomici, consentendo al team di analizzare l'analisi di quali geni erano presenti, e quali geni sono stati attivati, nelle comunità microbiche oceaniche attraverso gradienti di profondità e latitudine. Precedenti studi sulla diversità della vita microbica marina si sono concentrati principalmente sui genomi. Questo è stato il primo a esaminare i trascrittomi su scala globale.

"Guardare i trascrittomi è importante per determinare non solo quali microbi sono presenti, ma cosa stanno effettivamente facendo quei microbi riguardo ad attività come la fotosintesi e l'assorbimento dei nutrienti, ", afferma l'autore senior Shinichi Sunagawa dell'Istituto di Microbiologia e Istituto Svizzero di Bioinformatica dell'ETH di Zurigo. "Uno dei nostri obiettivi era capire se le comunità microbiche si adattano alle variazioni ambientali e di temperatura con cambiamenti nella loro composizione l'una rispetto all'altra o con cambiamenti nella i modelli di espressione genica all'interno di queste comunità."

I ricercatori hanno scoperto che in termini tassonomici, genomico, e composizione trascrittomica, ci sono confini ecologici distinti che separano sia le acque superficiali dalle acque profonde che le regioni polari da quelle non polari. Si aspettavano di vedere alcuni di questi cambiamenti, come le differenze nei livelli degli organismi fotosintetici rispetto alla profondità dell'acqua. Ma alcune altre osservazioni erano piuttosto inaspettate.

"Non ci aspettavamo di trovare modelli biogeografici per i meccanismi sottostanti della variazione della composizione metatrascrittomica. In particolare, abbiamo scoperto che le differenze nelle comunità polari sono dominate dai cambiamenti nella composizione dell'organismo, mentre in acque non polari, le differenze erano dominate da cambiamenti nell'espressione dei geni, " Dice Sunagawa. Aggiunge che il suo team è stato anche sorpreso di trovare prove genomiche e trascrittomiche per un batterio che fissa l'azoto nelle acque profonde dell'Artico.

"Ogni goccia d'acqua marina è piena di microbi, che svolgono un ruolo centrale in molti processi rilevanti per la vita sulla Terra, " osserva. "Comprendere i fattori ecologici che determinano la diversità, composizione, e l'attività di questi organismi è essenziale per modellare meglio e prevedere deviazioni future, soprattutto alla luce dei cambiamenti climatici».

Una limitazione dei dati provenienti dalla spedizione Tara Oceans è che i campioni sono stati raccolti in un periodo di tempo relativamente breve, meno di quattro anni. Ciò rende difficile osservare eventuali tendenze misurabili negli oceani di oggi legate al cambiamento climatico. I ricercatori affermano che sono necessari studi a lungo termine per tenere conto dei cambiamenti in fattori come l'acidificazione, deossigenazione, e inquinamento.

Un appello per la scienza oceanica di fronte ai cambiamenti climatici

I ricercatori esaminano le barriere che hanno impedito finora i cambiamenti della politica di sostenibilità degli oceani e suggeriscono strategie per superare queste sfide in una prospettiva pubblicata il 14 novembre nel nuovo Cellula Giornale della stampa Una Terra .

"Come rivelato dalle pubblicazioni della valutazione globale della piattaforma intergovernativa di politica scientifica sulla biodiversità e i servizi ecosistemici e della relazione speciale sull'oceano e la criosfera dell'IPCC, entrambi nel 2019, c'è ora l'urgenza di impegnarsi in percorsi sostenibili, " afferma l'autore corrispondente Joachim Claudet del CNRS. Aggiunge che le principali minacce alla sostenibilità dell'oceano sono l'eccessivo sfruttamento dei pesci, crostacei, e altri organismi; inquinamento terrestre e marino; e il cambiamento di destinazione d'uso terra/mare, compreso lo sviluppo costiero per le infrastrutture e l'acquacoltura; e cambiamento climatico.

"Abbiamo bisogno della scienza per sviluppare prove che possano informare meglio le politiche per implementare soluzioni praticabili, così come azioni operative e trasformative che possono avere un impatto migliore sulle società, dalla scala locale a quella globale, " dice. "Le spedizioni di Tara hanno molteplici valori. Ci permettono di raccogliere locali naturali, chimico, e dati fisici in situ su scala oceanica. Questi dati possono alimentare sia la ricerca di base che quella applicata. I programmi di sensibilizzazione di Tara possono anche essere un motore del cambiamento più necessario nella percezione che l'oceano sia altamente prezioso e vulnerabile".