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Jun 01, 2023

Un compendio di batteri e archaeal singolo

Scientific Data volume 10,

Dati scientifici, volume 10, numero articolo: 332 (2023) Citare questo articolo

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Le acque marine carenti di ossigeno denominate zone minime di ossigeno (OMZ) o zone marine anossiche (AMZ) sono caratteristiche oceanografiche comuni. Ospitano microrganismi sia cosmopoliti che endemici adattati a condizioni di basso ossigeno. Le interazioni metaboliche microbiche all’interno delle OMZ e delle AMZ guidano cicli biogeochimici accoppiati con conseguente perdita di azoto e produzione e consumo di gas traccia attivi sul clima. Il riscaldamento globale sta causando l’espansione e l’intensificazione delle acque carenti di ossigeno. Pertanto, sono necessari studi focalizzati sulle comunità microbiche che abitano regioni carenti di ossigeno sia per monitorare che per modellare gli impatti dei cambiamenti climatici sulle funzioni e sui servizi dell’ecosistema marino. Qui presentiamo un compendio di 5.129 genomi amplificati a cellula singola (SAG) provenienti da ambienti marini che comprendono profili geochimici rappresentativi OMZ e AMZ. Di questi, 3.570 SAG sono stati sequenziati a diversi livelli di completamento, fornendo una prospettiva risolta in base al ceppo sul contenuto genomico e sulle potenziali interazioni metaboliche all'interno dei microbiomi OMZ e AMZ. Il clustering gerarchico ha confermato che i campioni provenienti da concentrazioni di ossigeno e regioni geografiche simili avevano anche composizioni tassonomiche analoghe, fornendo un quadro coerente per l’analisi comparativa della comunità.

Le zone carenti di ossigeno sono caratteristiche oceanografiche comuni (Fig. 1) che si verificano quando la richiesta di ossigeno respiratorio microbico durante la decomposizione della materia organica supera la disponibilità di ossigeno. Queste acque sono definite operativamente in base alle condizioni dell'ossigeno che vanno da disossico (20–90 μM), suboxico (1–20 μM), anossico (meno di 1 μM) o anossico solfidrico (nessun ossigeno rilevabile)1,2. Le zone minime di ossigeno nell'acqua media oceanica (OMZ) come il vortice subtropicale del Pacifico settentrionale presentano condizioni disossiche in grado di supportare il metabolismo anaerobico attraverso la rimineralizzazione microbica della materia organica particellare che affonda3 (Fig. 1a). Le OMZ costiere e oceaniche aperte a basso contenuto di ossigeno come il Pacifico subartico nordorientale (NESAP) presentano condizioni subboxiche che comprendono la transizione redox per la riduzione dei nitrati (NO3−) (Fig. 1a). Le zone marine anossiche (AMZ) sono ulteriormente differenziate dall'accumulo di nitriti (NO2−) con o senza accumulo di solfuri (acque di fondo solfidriche e oceano aperto o zone minime a basso contenuto di ossigeno (OMZ), rispettivamente)4,5,6. Ad esempio, gli AMZ nel Pacifico settentrionale tropicale orientale (ETNP) e nel Pacifico meridionale tropicale orientale (ETSP) presentano condizioni di ossigeno nanomolari che supportano la riduzione di NO3 a NO2 e ulteriori prodotti di azoto ridotti senza accumulo di idrogeno solforato (H2S) (Fig. 1a). Al contrario, i sistemi di risalita costiera come il Benguela che risale al largo della costa della Namibia presentano cambiamenti episodici nella carenza di ossigeno, supportando l'emergere di pennacchi solfidrici transitori (Fig. 1a). Condizioni solfidriche anossiche sono presenti anche nei fiordi costieri, come l'ingresso di Saanich (SI), dove i davanzali glaciali limitano la circolazione della massa d'acqua. Condizioni di fondale solfidrico si osservano anche nei mari marginali, come il Mar Baltico (Fig. 1a).

Profili geochimici della zona minima di ossigeno (OMZ) e della zona marina anossica (AMZ) e mappa globale delle posizioni di campionamento. (a) Sono schematizzati i diversi profili geochimici delle acque marine carenti di ossigeno (modificato da Ulloa et al., 2012)4. Le linee continue rappresentano i dati osservati, mentre la linea tratteggiata rappresenta un evento di accumulo sporadico. (b) Sono indicate le posizioni di campionamento OMZ e AMZ per genomi amplificati a cellula singola (SAG). Il numero totale (bianco) e i SAG sequenziati (neri) ottenuti da ciascuna posizione sono indicati con un cerchio proporzionale al numero corrispondente di campioni nel set di dati. L'oceano è colorato in base al valore statistico medio più basso per la concentrazione di ossigeno riportato per ciascuna griglia 1° e 5° nell'annuale NOAA World Ocean Atlas 2018119, con griglie bianche che indicano le posizioni in cui i dati sulla concentrazione di ossigeno non erano disponibili. I siti di campionamento delle acque medie oceaniche includono il vortice subtropicale del Pacifico settentrionale (NPSG) e il vortice subtropicale dell'Atlantico meridionale (SASG). I siti campione delle OMZ a basso contenuto di ossigeno includono il Pacifico subartico nordorientale (NESAP). I siti campione delle AMZ includono il vortice tropicale orientale del Pacifico settentrionale (ETNP) e il vortice tropicale orientale del Pacifico meridionale (ETSP). I siti dei sistemi di risalita costiera con fondali effimeri sulfidici includono il Coastal Upwelling del Pacifico meridionale orientale (ESPCU) e il Upwelling costiero di Benguela (Benguela). I siti di campionamento dei bacini di fondo solfidrico includono Saanich Inlet (SI) e il Mar Baltico. Le coordinate di geolocalizzazione e il numero di campioni per ciascuna posizione sono dettagliati nella Tabella 1.