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May 05, 2023

Condizioni contrastanti del ghiaccio marino modellano reti alimentari microbiche nella Baia di Hudson (Artico canadese)

ISME Communications volume 2,

Comunicazioni ISME volume 2, numero articolo: 104 (2022) Citare questo articolo

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La transizione dalle acque coperte di ghiaccio alle acque libere è una caratteristica ricorrente dell’Artico e del Sub-Artico, ma la diversità microbica e gli effetti a cascata sulle reti alimentari microbiche sono poco conosciuti. Qui, abbiamo studiato le comunità microbiche di eucarioti, batteri e archaea nella Baia di Hudson (sub-Artico, Canada) sotto la copertura di ghiaccio marino e in condizioni di acque aperte. Le reti di co-occorrenza hanno rivelato una rete alimentare a base di pico‒fitoplancton <3 µm sotto il ghiaccio e una rete alimentare a base di nano‒microfitoplancton >3 µm nelle acque aperte. Le comunità ai margini del ghiaccio erano caratteristiche delle condizioni post-fioritura con elevate proporzioni di picofitoplancton Micromonas e Bathycoccus. Da nano a micro fitoplancton e diatomee associate al ghiaccio sono state rilevate in tutta la colonna d'acqua, con la simpatica Melosira arctica esclusiva della Baia di Hudson centrale coperta di ghiaccio e Thalassiosira nell'aperta Baia di Hudson nordoccidentale. Anche gli eucarioti e i procarioti microbici eterotrofi differivano in base allo stato del ghiaccio, suggerendo un collegamento tra i microbi in profondità e lo stato di fioritura del fitoplancton in superficie. I risultati suggeriscono che una stagione in acque libere più lunga può favorire la creazione di una grande rete alimentare a base di fitoplancton nei massimi della clorofilla sotterranea (SCM), aumentando l’esportazione di carbonio dalle diatomee pelagiche alle acque più profonde e influenzando livelli trofici più elevati nella profonda Baia di Hudson.

Negli ultimi 30 anni, l’Artico ha subito drastici cambiamenti nella copertura e nell’estensione del ghiaccio estivo [1, 2]. Questi cambiamenti sono particolarmente marcati nella Baia di Hudson (HB), un mare interno da artico a sub-artico che passa dalla copertura di ghiaccio del primo anno in inverno alle condizioni di oceano aperto in estate, una situazione probabile per l’intero Oceano Artico nel prossimo futuro. [3, 4]. Le tendenze a lungo termine nella formazione del ghiaccio marino e nello scioglimento primaverile nell’HB mostrano che la stagione senza ghiacci è aumentata di oltre 3 settimane tra il 1981 e il 2010 [5]. Gli scenari futuri per l’HB prevedono che l’aumento della temperatura della superficie del mare e degli apporti di acqua dolce attraverso le precipitazioni e la portata dei fiumi comporterà un continuo allungamento della stagione delle acque libere [6, 7], con conseguenze sulla diversità e sui ruoli funzionali delle comunità microbiche del plancton [8, 9].

I tempi delle fioriture primaverili di fitoplancton, che rappresentano il picco annuale della produzione primaria nell’Artico, sono strettamente correlati alle condizioni del ghiaccio [10] e le osservazioni in corso mostrano che la fioritura avviene prima nelle regioni artiche [11, 12]. Negli ultimi anni, questo picco si è verificato nella zona glaciale marginale tra maggio e giugno durante la rottura del ghiaccio in HB [13]. Ciò è seguito dalla formazione di massimi di clorofilla sotterranea (SCM) in acque libere [14], che tendono a persistere in estate e in autunno [15, 16]. Influenzata dai venti dominanti, la variabilità delle condizioni del ghiaccio in primavera crea ampi modelli spazio-temporali nella produzione primaria tra l’HB centrale e nordoccidentale [14].

Le fioriture di fitoplancton sono caratterizzate da una successione di specie governate dalla loro affinità alla luce e ai nutrienti [17, 18]. Anche i modelli stagionali nei ciliati e nei dinoflagellati (microzooplancton unicellulare) sono evidenti poiché seguono da vicino le loro prede fitoplancton [19]. Inoltre, la materia organica rilasciata durante le fioriture di fitoplancton e durante il successivo collasso della fioritura, fornisce una serie di nicchie ecologiche per comunità specializzate di batteri eterotrofi e batterivori microbici [20,21,22]. La materia organica disciolta (DOM) rilasciata dal fitoplancton è una fonte di substrato di alta qualità [23,24,25] che sostiene l'attività e la diversità batterica [26,27,28]. Sebbene la fioritura primaverile del fitoplancton associata allo scioglimento del ghiaccio marino nell’HB sia stata documentata, i potenziali effetti a cascata del ritiro del ghiaccio sulle reti alimentari microbiche non sono stati finora esplorati. Ciò è di fondamentale importanza per comprendere e prevedere il futuro dell’ecologia dell’HB e dell’Oceano Artico poiché una modifica della rete alimentare microbica può alterare il riciclo dei nutrienti e l’esportazione di materiale organico in profondità [29].