A metagenomic–based investigation of the planktonic microbial food web in relation with ice melting occurring in the Ross Sea coastal ecosystem

L'area del Mare di Ross, nell'Oceano Meridionale, è una regione critica per l'oceanografia globale, essendo il sito di una significativa formazione di acque profonde, una regione in rapido cambiamento e sede di un ecosistema altamente produttivo che, nonostante sia stato studiato intensamente negli ultimi decenni, è ancora lontano dall'essere completamente decifrato. La piattaforma continentale del Mare di Ross rappresenta una delle aree più produttive dell'Oceano Meridionale, tuttavia la rete alimentare costiera è ancora scarsamente caratterizzata e presenta numerose lacune e incertezze, soprattutto per quanto riguarda i flussi di energia e carbonio attraverso la rete alimentare pelagica, le variazioni temporali e spaziali della diversità e del funzionamento dell'ecosistema e le connessioni tra le specie chiave, compresi i microbi che guidano il funzionamento dell'ecosistema. I cambiamenti nelle caratteristiche fisiche e biologiche del Mare di Ross sono stati osservati per decenni e si prevede che continueranno in futuro. Tra questi cambiamenti, il recente rapido riscaldamento è stato documentato su scala regionale in Antartide, portando alla perdita massiccia di piattaforme di ghiaccio e al ritiro dei ghiacciai tidewater, insieme alla riduzione dell'estensione stagionale del ghiaccio marino (Turner et al., 2005, Sinclair et al., 2014; Rintoul et al., 2018). Oltre a ciò, sono stati segnalati il riscaldamento delle acque superficiali e forti cambiamenti di salinità, soprattutto nelle aree antartiche costiere durante l'estate (Moline et al., 2004; Meredith e King 2005). Nell'area del Mare di Ross, negli ultimi anni sono stati osservati cambiamenti significativi ma variabili nella copertura di ghiaccio, con entità variabili che hanno portato a dinamiche di ritiro e avanzamento del ghiaccio marino diverse rispetto ad altre aree dell'Antartide (Stammerjohn et al., 2012). Lo studio della risposta biologica alle dinamiche di scioglimento dei ghiacci e ai cambiamenti delle condizioni termoaline si è concentrato principalmente sul fitoplancton con collegamenti trasversali alla rete alimentare, dal krill ai grandi vertebrati (Smetacek e Nicol 2005; Montes-Hugo et al., 2009; Schofield et al., 2010). Tuttavia, le risposte delle reti alimentari microbiche planctoniche (dai virus ai procarioti e agli eucarioti unicellulari), che sono componenti chiave che guidano i processi biogeochimici e il flusso di energia e materiali verso i livelli trofici superiori, sono ancora in gran parte sconosciute (Wilkins et al., 2013; Wilkins et al. 2013). Questo limita la nostra comprensione del funzionamento e della fornitura di beni e servizi (produzione di biomassa, ciclo dei nutrienti) degli ecosistemi costieri antartici. I progressi nel sequenziamento del DNA e nella metagenomica rendono ora possibile fornire approfondimenti sulla biodiversità e sulle funzioni delle reti alimentari microbiche ed esplorare la complessa rete di interazioni biologiche ed ecologiche. Questi strumenti possono fornire evidenze senza precedenti sul ruolo del "mondo" microbico negli ecosistemi costieri antartici e sulla loro risposta al cambiamento delle condizioni ambientali legate ai processi di scioglimento dei ghiacci.

Questo progetto mira a fornire nuove conoscenze sull'influenza dei cambiamenti nelle condizioni termoaline e trofiche, come conseguenza dei processi di scioglimento dei ghiacci marini, sulla biodiversità e sul funzionamento della rete alimentare microbica planctonica nei sistemi costieri antartici. Questo progetto studierà le risposte microbiche durante un intenso lavoro sul campo attraverso approcci trasversali multidisciplinari e innovativi. In dettaglio, gli obiettivi principali di questo progetto sono:
1. indagare i cambiamenti temporali della biodiversità microbica planctonica, dai virus ai procarioti e agli eucarioti unicellulari, utilizzando tecnologie di sequenziamento ad alto rendimento;
2. indagare le relazioni tra la biodiversità microbica e gli attributi chiave del funzionamento dell'ecosistema (produzione di biomassa, cicli della materia organica, rigenerazione dei nutrienti)
3. valutare il ruolo dell'impatto virale sulla biodiversità microbica e sui cicli biogeochimici
4. identificare i principali fattori ambientali che modellano la biodiversità microbica e le potenziali funzioni metaboliche (mediante analisi metagenomiche)
5. far luce sulla complessa rete di interazioni all'interno delle reti alimentari planctoniche e sulla loro risposta allo scioglimento dei ghiacci e ai conseguenti cambiamenti delle condizioni ambientali
6. elaborare un nuovo modello concettuale della risposta delle reti alimentari microbiche pelagiche negli ecosistemi polari costieri in scenari futuri di cambiamento climatico.