Un nuevo modelo matemático desarrollado en la Universidad de Columbia Británica integra información de secuencia molecular y ambiental para explicar mejor cómo las redes microbianas impulsan el ciclo de nutrientes y energía en los ecosistemas marinos.
El trabajo podría mejorar dramáticamente la capacidad de los investigadores y los encargados de formular políticas para predecir cómo las comunidades microbianas marinas del mundo microbioma responden al cambio climático y los impactos resultantes en la pesca, la biodiversidad, el clima y más.
El modelo y las simulaciones asociadas se publicaron esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Una gota de agua de mar puede contener millones de microbios unicelulares que colectivamente forman la base de los ciclos de nutrientes y energía en el océano", dice Steven Hallam, ecólogo microbiano de la UBC.
"Comprender cómo los procesos microbianos contribuyen a estos ciclos es vital en un momento de cambio climático. Nuestro modelo proporciona un cambio radical en las proyecciones más precisas de los procesos microbianos con retroalimentación potencial sobre el cambio climático y la salud del ecosistema".
Los modelos de sistemas terrestres ya juegan un papel integral en la predicción del clima y los procesos de forzamiento del clima en el medio ambiente. Sin embargo, los modelos tradicionales no incorporan información de microbioma.
Los investigadores de UBC colaboraron en todos los departamentos y con otros en los Estados Unidos y Alemania para desarrollar un modelo predictivo que describa la dinámica multimómica ADN, ARN y proteínas y las tasas de proceso a lo largo de gradientes de nutrientes y energía en la entrada de Saanich, Columbia Británica.
Saanich Inlet es un ecosistema modelo manejable ideal para estudiar las respuestas de la comunidad microbiana al cambio climático, particularmente el impacto de las zonas mínimas de oxígeno. Las zonas mínimas de oxígeno son puntos críticos para la pérdida de nutrientes y la producción de gases de efecto invernadero y se están expandiendo debido al cambio climático.
"La intersección entre los procesos microbianos y los ciclos de nutrientes y energía se muestra vívidamente en las regiones del océano carentes de oxígeno", dice Sean Crowe, geomicrobiólogo del UBC.
"Debido a que los microorganismos son los motores principales que impulsan los procesos de conversión de nutrientes y energía en el medio ambiente, nos hemos centrado en ellos en nuestra serie de tiempo de entrada de Saanich, buscando formas de conectar la información multimómica con el fondo físico y químico de la columna de aguaen escalas de tiempo variables "
"Al centrarnos en genes y vías específicas en lugar de grupos microbianos individuales, determinamos que los genes mostraban actividad bioquímica, crecimiento y dinámica de dispersión que se parecían a organismos autorreplicantes enteros, que interactuaban alimentándose de los productos de desecho metabólico de los demás", dice UBCmatemático Stilianos Louca.
"Esto reveló una interacción metabólica particularmente importante que impulsa la conversión de sulfuro tóxico y la transformación de nitrito y amoníaco en gas nitrógeno que cuando se combina puede influir fuertemente en la disponibilidad de nutrientes en el océano"
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Materiales proporcionado por Universidad de Facultad de Ciencias de Columbia Británica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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