Oltre 500 nuove specie di batteri del tutto sconosciute alla scienza e più di 800.000 genomi virali finora mai mappati è il tesoro osservato nelle acque della Grande Barriera Corallina australiana.
Ma la svolta dello studio pubblicato sulla rivista Nature e guidato dall’Università del Queensland insieme all’Australian Institute of Marine Science (AIMS) non si ferma ai soli numeri. Dimostra infatti che il microbioma dell’acqua è in grado di “registrare” la salute dell’ecosistema e gli effetti delle attività umane.
I ricercatori hanno creato il Great Barrier Reef Microbial Genomes Database (GBR-MGD), il catalogo genomico del microbioma planctonico più dettagliato mai realizzato per la zona, analizzando campioni prelevati in 48 barriere differenti lungo una rotta di centinaia di chilometri.
Un tesoro biologico inedito
Per decenni la valutazione della salute degli ecosistemi corallini si è basata sull’osservazione visiva delle specie più appariscenti, come pesci e coralli. Questo studio sposta ora il baricentro dell’analisi ecologica verso l’universo microscopico.
I numeri complessivi emersi dalla mappatura restituiscono le dimensioni di questa biodiversità finora celata: 5.283 genomi procariotici (batteri e archei) ricomposti, appartenenti a 876 specie distinte; 584 nuove specie batteriche del tutto sconosciute alle banche dati mondiali; 808.585 genomi virali riconducibili a circa 362.802 virus differenti, genomi eucariotici a livello cromosomico per microalghe planctoniche fondamentali per i cicli del carbonio, come Bathycoccus e Ostreococcus.
Sull’entità di questi dati è intervenuto sul Guardian il professor Philip Hugenholtz, microbiologo dell’Università del Queensland e autore senior della ricerca: “Questo dimostra quanto sia vasto il mondo microbico. Sappiamo che ovunque sequenziamo emergono sempre nuovi virus, ma sono rimasto sorpreso dall’aver trovato oltre 500 nuove specie batteriche”.
L’impronta delle riserve marine sui batteri
Oltre alla scoperta taxonomica, lo studio rivela un dato ambientale di enorme rilievo. Incrociando i dati genomici con tecniche di apprendimento automatico, gli scienziati hanno scoperto che la composizione del microbioma permette di distinguere con un’accuratezza di circa il 75% se una barriera si trova all’interno di una riserva marina protetta a divieto totale di pesca o se è inserita in un’area aperta alla pesca.
Si tratta della prima dimostrazione su vasta scala che le politiche di conservazione marina lasciano una vera e propria “firma” biologica rilevabile direttamente nei microrganismi che popolano la colonna d’acqua.
Nelle zone protette prevalgono batteri con genomi ridotti ed essenziali (come Pelagibacterales, SAR86 e Marinisomatota), evolutisi per prosperare in acque povere di nutrienti (oligotrofiche). Nelle aree aperte alla pesca aumentano invece specie microbiche adattate ad ambienti con maggiore presenza di azoto e sostanze organiche. L’ipotesi degli autori è che la ridotta densità di pesci brucatori nelle zone di pesca favorisca la proliferazione di macroalghe, le quali rilasciano nutrienti nell’acqua alterando l’equilibrio microbico.
Come ha sottolineato la dottoressa Yun Kit Yeoh, ricercatrice dell’AIMS e prima autrice dello studio: “Ora possiamo usare questo database per iniziare a esplorare cosa rende sano un ecosistema di barriera corallina e come questi microbi rispondono ai cambiamenti associati a stress termico, sbiancamento o altre perturbazioni ambientali. Spesso le popolazioni microbiche cambiano prima ancora che compaiano segnali visibili sulla barriera”.
Il superamento dei limiti tecnologici
La difficoltà storica nel mappare la vita microscopica marina non era dovuta solo all’impossibilità di coltivare la maggior parte dei microbi in laboratorio, ma alle limitazioni tecniche delle tradizionali tecnologie di sequenziamento a lettura corta (Illumina), che tendevano a ignorare organismi con specifiche caratteristiche genetiche o elevata diversità tra ceppi.
Combinando il sequenziamento a lettura corta con la tecnologia a lettura lunga Nanopore, capace di leggere lunghi filamenti di DNA mantenendone l’integrità, i ricercatori sono riusciti a ricomporre il puzzle genetico con un livello di dettaglio e accuratezza senza precedenti.
Una sentinella precoce per il futuro degli oceani
Poiché i microrganismi costituiscono la base della catena alimentare marina e ne garantiscono il ciclo dei nutrienti (molti di essi convertono l’anidride carbonica in ossigeno tramite la fotosintesi prima di diventare nutrimento per il krill) tracciarne le variazioni fornirà un sistema di allarme rapido.
L’analisi periodica delle comunità microbiche consentirà di monitorare precocemente le risposte dell’oceano allo stress termico da crisi climatica, alla presenza di inquinanti e all’impatto delle attività umane, fornendo agli enti di tutela degli strumenti diagnostici decisamente più tempestivi ed efficaci.
