Al analizar las ganancias y pérdidas en los genes de muestras de fitoplancton recolectadas en las principales regiones oceánicas, investigadores de la Universidad de California, Irvine ha creado el mapa más matizado y de alta resolución hasta ahora para mostrar dónde prosperan estos organismos fotosintéticos o se ven obligados a adaptarse a cantidades limitadas de nutrientes clave. nitrógeno, fósforo y hierro.

Como parte de la nueva iniciativa Bio-GO-SHIP, los científicos de la UCI realizaron ocho despliegues en seis buques de investigación diferentes, pasar 228 días en el mar en el Atlántico, Océanos Pacífico e Índico. Generaron casi 1, 000 metagenomas oceánicos de 930 ubicaciones en todo el mundo, con una distancia media entre los puntos de recogida de 26,5 kilómetros (aproximadamente 16,5 millas).

En un estudio publicado hoy en Ciencias , Los investigadores de la UCI explican cómo utilizaron una gran cantidad de información incrustada en genes microbianos, específicamente de la especie de fitoplancton Prochlorococcus, como biosensor de la salud y la productividad de los océanos. Los oceanógrafos que trabajan en este campo están muy interesados ​​en comprender cómo estos organismos se adaptan al "estrés nutricional, "que es la lucha por encontrar o utilizar las sustancias esenciales que necesitan para crecer y reproducirse.

"El fitoplancton es fundamental para la red alimentaria marina, y son responsables de hasta la mitad de la fijación global de dióxido de carbono de forma continua, por lo que la salud y distribución de estos organismos es muy importante, "dijo el coautor principal Adam Martiny, Profesor de ciencia del sistema terrestre de la UCI. "El conocimiento adquirido en estos viajes ayudará a los climatólogos a hacer predicciones más sólidas sobre el papel del fitoplancton en la regulación de las reservas de carbono en la atmósfera y el océano".

Dado que el fitoplancton microbiano vive en grandes poblaciones y tiene ciclos de vida rápidos, los investigadores sugieren que los cambios en la composición de la comunidad y el contenido genómico pueden proporcionar una alerta temprana sobre las transformaciones ambientales y hacerlo mucho más rápido que simplemente analizando la física y la química de los océanos.

"Nitrógeno, la limitación de fósforo y hierro en muchas regiones oceánicas superficiales es casi imposible de detectar mediante el análisis químico de muestras de agua; las cantidades de estos elementos son demasiado bajas, "dijo el autor principal Lucas Ustick, estudiante de posgrado de la UCI en ecología y biología evolutiva. "Pero cuantificar los cambios en los genes de Prochlorococcus involucrados en la absorción de los principales nutrientes, y combinaciones de los mismos, proporciona un fuerte indicador de la geografía del estrés nutricional ".

Los autores señalaron que todos los genomas de Prochlorococcus incluyen un gen determinado que permite que el fitoplancton asimile directamente el fosfato inorgánico disponible libremente en el agua de mar. Pero cuando este compuesto escasea, el fitoplancton se adapta ganando un gen que permite a las células absorber fósforo orgánico disuelto, que se pueden detectar en su genoma.

Los investigadores también estudiaron muchos otros ejemplos de adaptaciones genéticas para diferentes niveles de fósforo, Hierro y nitrógeno en el medio ambiente para ver qué tipo de compensaciones está haciendo continuamente el fitoplancton. El resultado es un mapa global de estrés nutricional. Los investigadores también pudieron identificar regiones donde el fitoplancton experimenta un co-estrés que involucra dos o más elementos, uno de ellos casi siempre es nitrógeno.

El trabajo del equipo reveló el Océano Atlántico Norte, El Mar Mediterráneo y el Mar Rojo serán regiones de elevado estrés por fósforo. Los genotipos adaptados al estrés por nitrógeno están muy extendidos en las denominadas regiones oligotróficas donde los nutrientes son bajos y el oxígeno alto. y los resultados del muestreo de la investigación sugieren una adaptación generalizada al estrés por hierro.

El análisis de genotipos de fitoplancton confirmó patrones biogeográficos conocidos de estrés nutricional estimados por diferentes técnicas, pero también reveló regiones previamente desconocidas de estrés nutricional y co-estrés. Los investigadores tenían una comprensión escasa del estrés nutricional en el Océano Índico antes de su análisis metagenómico. pero su trabajo ayudó a llenar muchos espacios en blanco. Ahora saben que la región de afloramientos del Mar Arábigo es un área de cierta tensión de hierro, y detectaron estrés por fósforo asociado con las corrientes oceánicas que fluyen hacia el sur, entre muchos otros hallazgos.

Todavía, ellos dicen, Siempre hay más para aprender.

"Nuestro trabajo destaca las lagunas en nuestras mediciones de entornos de alta latitud, en la mayor parte del Océano Pacífico, y en ecosistemas de aguas más profundas, "dijo la coautora Alyse Larkin, Becario postdoctoral de la UCI en ciencias del sistema terrestre. "El progreso que hicimos en nuestras expediciones recientes nos inspira a salir y cubrir todo el planeta".