Organisms associated with siphonophores revealed by short-read whole-genome sequencing
Rianalizzando i dati genomici di 213 esemplari di sifonofori, i ricercatori hanno scoperto una vasta gamma di batteri associati, prede, parassiti ed endosimbionti, dimostrando che il "bycatch molecolare" derivante dal sequenziamento del genoma è un metodo prezioso per rivelare la diversità ecologica degli organismi dell'oceano aperto.
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L'oceano aperto è un mondo vasto e tridimensionale dove la vita è spesso nascosta sotto gli occhi di tutti. Tra i suoi abitanti più di successo ci sono i sifonofori, animali coloniali che fluttuano nell'acqua come viventi fili di perle. Sebbene sembrino creature singole, sono in realtà vaste comunità di individui specializzati che lavorano insieme come un unico organismo. Questi predatori gelatinosi sono cacciatori formidabili, che usano lunghi tentacoli urticanti per catturare pesci e crostacei. Ma la storia di un sifonoforo non finisce con ciò che mangia. Il suo corpo è anche un ecosistema in movimento, che ospita una varietà di altri organismi che vivono sulla sua superficie o nei suoi tessuti. Questi compagni, che vanno dai batteri microscopici ai minuscoli parassiti, sono difficili da studiare direttamente perché sono spesso troppo piccoli per essere visti o troppo fragili per essere catturati senza distruggere l'ospite. Per molto tempo, gli scienziati sapevano che questi associati esistevano, ma avevano poche idee su chi fossero o su come variassero tra le diverse specie e regioni oceaniche.
Un team di ricercatori della Yale University e dell'Università di Danzica ha trovato un modo ingegnoso per osservare questi vicini nascosti senza doverli catturare separatamente. Hanno rivolto la loro attenzione alle vaste quantità di dati genetici già raccolti per uno scopo diverso: il sequenziamento dei genomi degli stessi sifonofori. Quando gli scienziati sequenziano il DNA di un animale, la macchina legge ogni frammento di materiale genetico presente nel campione. Ciò significa che, insieme al DNA dell'ospite, la macchina cattura anche il DNA di batteri, virus, parassiti o persino i resti di pasti recenti. I ricercatori hanno chiamato questa informazione incidentale "bycatch molecolare". Rexamando i dati grezzi di 213 esemplari di sifonofori raccolti in varie parti del mondo, sono stati in grado di setacciare il codice genetico dell'ospite per identificare le molte altre vite che vivono al suo interno.
I ricercatori hanno iniziato pulendo i dati, rimuovendo l'enorme quantità di DNA appartenente agli stessi sifonofori. Ciò che restava era un tesoro di firme genetiche di altri organismi. Hanno scoperto che le comunità batteriche che vivono su questi animali sono sorprendentemente diverse. Tra i più comuni c'erano gruppi di batteri noti come Metamycoplasmataceae, microbi minuscoli e privi di parete cellulare che si trovano anche su altri animali marini come ottocoralli e stelle marine. Lo studio ha dimostrato che questi batteri non sono passeggeri casuali; la loro presenza dipende da dove vive il sifonoforo. Ad esempio, tipi specifici di questi batteri erano comuni nei campioni provenienti dal sud-ovest del Pacifico e dall'Oceano Indiano, ma erano rari in quelli del Pacifico centrale. Ciò suggerisce che la geografia gioca un ruolo significativo nel plasmare il mondo microbico di queste colonie erranti.
Oltre ai batteri, il bycatch genetico ha rivelato un quadro chiaro di ciò che i sifonofori avevano mangiato. Nei campioni del genere Physalia, che include la nota caravella portoghese, i ricercatori hanno trovato DNA di pesci, copepodi e altri piccoli crostacei. Una scoperta particolarmente interessante è derivata da un esemplare raccolto nelle acque delle Hawaii: il materiale genetico all'interno di esso corrispondeva all'alfonsino, un pesce di profondità che da adulto vive solitamente vicino al fondale oceanico. Poiché il sifonoforo vive vicino alla superficie, la presenza del DNA di questo pesce indica probabilmente che il predatore aveva catturato i piccoli del pesce, che fluttuano negli strati superiori dell'oceano prima di stabilirsi nelle profondità. Questo metodo ha fornito una conferma molecolare diretta della dieta del sifonoforo, rivelando prede che altrimenti potrebbero passare inosservate negli studi tradizionali sul contenuto dello stomaco.
I dati hanno anche svelato un mondo nascosto di parassiti. I ricercatori hanno identificato firme genetiche di platelminti, inclusi sia trematodi che cestodi, che vivono dentro o sopra i sifonofori. Questi parassiti fanno parte di cicli vitali complessi che spesso coinvolgono i pesci. Ad esempio, lo studio ha collegato larve trovate nei sifonofori ad adulti parassiti che vivono in pesce spada (mahi-mahi) e sgombri. Questa connessione suggerisce che quando un pesce mangia un sifonoforo, sta ingerendo anche la fase successiva della vita del parassita. Lo studio ha anche trovato prove di amebe e dei loro partner batterici interni, accennando a una gerarchia nidificata di vita in cui un organismo vive dentro un altro, che a sua volta vive dentro il sifonoforo.
Non tutti i campioni hanno prodotto un ricco raccolto di informazioni. I ricercatori hanno notato che il tipo di tessuto campionato e il modo in cui l'animale è stato conservato possono influenzare ciò che viene trovato. Gli esemplari raccolti sulle spiagge e conservati in alcol mostravano talvolta segni di batteri che potevano essersi sviluppati dopo la morte dell'animale, piuttosto che quelli che vivevano con lui mentre era in vita. Nonostante queste limitazioni, lo studio ha dimostrato che i dati genetici raccolti per uno scopo possono rivelare una sorprendente quantità di storia naturale. Osservando il bycatch molecolare, gli scienziati possono ora vedere il diversificato cast di personaggi che condividono la vita di un sifonoforo, dai microbi sulla sua pelle ai parassiti in attesa di essere trasmessi a un pesce. Questo approccio trasforma un singolo progetto genomico in una finestra sull'intero ecosistema che circonda questi predatori erranti, offrendo un nuovo modo per comprendere la complessa rete della vita nell'oceano aperto.
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