Impatto su larga scala spaziale di un'ondata di calore sulla comunità batterica marina della Grande Barriera Corallina australiana

Abstract

Le comunità batteriche marine svolgono un ruolo essenziale negli ecosistemi oceanici e sono sensibili alle variazioni dei parametri fisico-chimici, in particolare della temperatura. Le ondate di calore marine costituiscono una minaccia crescente per gli ecosistemi tropicali, inclusa la Grande Barriera Corallina. Questa tesi analizza l’impatto dell’ondata di calore del 2016 sulle comunità batteriche associate al plancton mediante uno studio retrospettivo su larga scala, condotto lungo gradienti spaziali e temporali. I campioni sono stati raccolti in quattro periodi (novembre 2014, aprile 2015, aprile 2016 e agosto 2016) lungo un transetto di circa 800 km nell’ambito del programma Australian Continuous Plankton Recorder (AusCPR). È stato applicato un approccio molecolare integrato basato sul sequenziamento della regione V6 del gene 16S rRNA e su analisi quantitative tramite qPCR e ddPCR. L’analisi ha generato oltre quattro milioni di sequenze, raggruppate in una media di circa 500 OTU per campione. Le metriche di α-diversity non hanno mostrato differenze statisticamente significative, mentre le analisi di β-diversity hanno evidenziato variazioni significative nella composizione delle comunità, indicando che l’ondata di calore ha agito come filtro ambientale selettivo, favorendo un marcato turnover tassonomico senza perdita di taxa. Tra i generi maggiormente coinvolti, Vibrio ha mostrato un forte aumento di abbondanza durante l’evento, mantenendo livelli elevati anche dopo il suo termine. Nel complesso, lo studio dimostra che le ondate di calore marine possono determinare rapide riorganizzazioni delle comunità microbiche planctoniche, evidenziando il valore delle comunità batteriche come indicatori sensibili degli impatti del cambiamento climatico.

Marine bacterial communities play a key role in ocean ecosystem functioning and are highly sensitive to variations in physicochemical parameters, particularly temperature. Marine heatwaves represent a major threat to tropical marine ecosystems, including the Great Barrier Reef. This thesis investigates the impact of the 2016 marine heatwave on plankton-associated bacterial communities through a large-scale retrospective study spanning spatial and temporal gradients. Samples were collected during four periods (November 2014, April 2015, April 2016 and August 2016) along an ~800 km transect within the Australian Continuous Plankton Recorder (AusCPR) program. An integrated molecular approach was adopted, combining sequencing of the hypervariable V6 region of the 16S rRNA gene for taxonomic characterization with quantitative analyses using qPCR and droplet digital PCR (ddPCR) to target specific taxa. The analysis generated over four million amplicon sequences, clustered into an average of ~500 operational taxonomic units (OTUs) per sample. α-diversity metrics showed overall stability, with no significant differences among sampling periods. In contrast, β-diversity analyses revealed a clear and significant shift in community composition, indicating that the marine heatwave acted as a selective environmental filter, driving marked taxonomic turnover without reducing the total number of observed taxa. Among the genera showing the strongest responses, Vibrio exhibited a substantial increase in absolute abundance during the heatwave and maintained elevated levels in the post-event period, consistent with its thermophilic traits. Overall, the study demonstrates that marine heatwaves can induce rapid and profound reorganizations in planktonic microbial communities, highlighting the potential of bacterial assemblages as sensitive indicators of the cascading effects of climate change on marine ecosystems.