Il censimento dell’ecosistema da cresta a barriera rivela un serbatoio nascosto per i microbiomi
In una monumentale spedizione sul campo, un team di ricercatori dell’Università delle Hawai’i (UH) presso la M?noa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST) ha raccolto più di 3.000 campioni di microbi e microbiomi presenti nell’intero spartiacque della Waimea Valley su O’ahu, Hawaii. La loro indagine ha rivelato tre scoperte chiave: i microbi seguono la rete alimentare, la maggior parte della diversità microbica in uno spartiacque viene mantenuta all’interno del suolo e dell’acqua del torrente e la distribuzione locale di un microbo ne prevede la distribuzione globale. I loro risultati sono stati pubblicati di recente negli Proceedings of the National Academy of Sciences.
CREDITO: Fondazione U.H
Piante e animali ospitano ciascuna da dozzine a migliaia di microbi diversi, noti collettivamente come microbiomi. Metabolizzano il nostro cibo, disintossicano i contaminanti e aiutano a combattere le malattie. I microbi occupano anche ogni habitat intorno a noi e fanno funzionare i macchinari che sostengono l’aria che respiriamo, l’acqua che beviamo e costruisce il terreno sotto i nostri piedi. Nonostante la loro importanza, la maggior parte dei microbiomi di piante e animali generalmente non è presente alla nascita e viene invece acquisita. Ma da dove? E dove vivono i microbi quando non sono nei loro ospiti?
Il team di ricerca ha condotto un “bioblitz” del microbioma, un censimento quasi completo di tutti i substrati ambientali e dei possibili ospiti dei microbi all’interno dello spartiacque. Hanno prelevato campioni dalla vetta bagnata di Pu?u Kainapua?a, dalla bassa pianura alluvionale della valle di Waimea e persino dalle acque limpide della baia di Waimea. I ricercatori hanno raccolto campioni dal suolo; ruscello e acqua di mare; animali, compresi ratti, gamberi, zanzare e ricci di mare; e piante, compresi alberi, felci e alghe; e altro ancora. Hanno estratto e sequenziato più di 800 milioni di “codici a barre” di DNA microbico per determinare quali microbi erano presenti e dove.
Quando il team ha valutato dove è stata trovata la più grande diversità di microbi e dove c’erano meno specie, la struttura ha seguito la catena alimentare: molti tipi nel suolo e nell’acqua, meno nelle piante e ancora meno negli animali.
“Inoltre, i microbi che sono stati trovati negli animali tendevano a essere un sottoinsieme dei microbi associati alle piante e i microbi sulle piante tendevano ad essere un sottoinsieme dei microbi nel suolo, nell’acqua e nei sedimenti”, ha affermato Sean Swift , coautore dello studio e studente di dottorato nel programma di laurea in biologia marina UH M?noa. “È come se le piante assemblassero il loro microbioma dall’ambiente e poi gli animali selezionassero il loro microbioma da quello delle piante. I microbiomi degli organismi sono generalmente sottoinsiemi di quelli che si trovano più in basso nella catena alimentare”.
Un mezzo ovvio per assemblare un microbioma è acquisire microbi da un ospite correlato, come una madre umana condivide il suo microbioma con un bambino, per esempio.
“Tuttavia, questo modello non è sufficiente per sostenere i microbiomi in un paesaggio dinamico”, ha affermato Nicole Hynson , professore associato presso il Pacific Biosciences Research Center (PBRC) presso SOEST. “Molte piante e animali sono radi, stagionali o effimeri, e richiedono che i loro microbi simbionti siano in grado di risiedere a volte in ospiti o ambienti vicini alternati. Abbiamo scoperto che il suolo, i sedimenti e l’acqua fungono da serbatoi per la diversità microbica, fornendo sale d’attesa ambientali ai microbi per colonizzare gli ospiti quando sono disponibili”.
Un’altra scoperta chiave è che la distribuzione locale di una specie microbica prevede la sua distribuzione globale.
“È improbabile che i microbi che si trovano solo in uno o due organismi o ambienti nella Waimea Valley siano diffusi a livello globale”, ha affermato Craig Nelson , coautore e professore associato di ricerca presso il Daniel K. Inouye Center for Microbial Oceanography: Research and Education and Hawai ‘I Sea Grant. “Alcuni microbi erano diffusi a Waimea e presumibilmente sono adattabili a tutti i tipi di ospiti e habitat. Le nostre analisi hanno dimostrato che quei microbi generalisti sono stati anche ampiamente recuperati da diversi habitat in tutto il mondo”.
Sia le piante che gli animali hanno bisogno di microbi per rimanere in salute. Il recente lavoro mette in luce la diversità e la distribuzione dei microbiomi su scala paesaggistica, un approccio reso possibile dalla struttura unica e dalla diversità dell’habitat dei bacini idrografici hawaiani.
“Capire le fonti della diversità microbica condivisa negli ecosistemi ci consente di comprendere meglio le origini e i processi di assemblaggio dei microbi simbionti e il loro ruolo nella conservazione della biodiversità e dei servizi ecosistemici”, ha affermato Anthony Amend , autore principale dello studio e professore associato in PBRC. “Se vogliamo ripristinare piante e animali autoctoni in un’area, potremmo dover pensare a ripristinare anche gli ambienti di origine per i loro microbiomi. I microbi sono un altro modo in cui gli organismi sono collegati all’ambiente”.
Il team di ricerca di UH M?noa comprendeva esperti di SOEST, College of Social Sciences , College of Tropical Agriculture and Human Resources e College of Natural Sciences .