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A. Karuza, M. Celussi, E. Crevatin, S. Fonda Umani, C. Solidoro e P. Del Negro
Segnali di cambiamento nelle classi dimensionali più piccole:
dai virus ai batteri
Dipartimento di Oceanografia Biologica Dipartimento di Oceanografia Biologica -- BiOBiO
Convegno "Variazioni temporali e tendenze nelle caratteristiche meteorologiche ed oceanografiche dell'Adriatico settentrionale: la
situazione nel golfo di Trieste “Trieste, 2-3 dicembre 2010
Chi sono?
Ambienti costieri;Acque superficiali
Ambienti profondi;Condizioni estreme
PROCARIOTI
Euviria ViroidiaDeoxyriboviraRibovira
Akamara
?
Perché studiarli?
“MICROBIAL LOOP”
O2, CO2, altri gas
CH4DMS
sostanzaorganica
POM
aggregatiDOM
C, N, P, S, Fe,...
SEDIMENTAZIONE....... .. ..
Campionamento...
Come si studiano?
• batteri: 1993 –
• virus: 2000 - 2010
Frequenza mensile o bimensile Serie temporale
Quote: superficie, 5m, 10 m e 15 m
...analisi
1 10 μm
Sybr Green I (Noble & Fuhrman, 1998) DAPI (Porter & Feig, 1980)
1000 X
Qual’e’ l’evoluzione temporale delle serie?
0
50
100
150
200
250
300
350
Jan
Jun
Dec May Oct MarAug Nov Feb Apr Ju
lSep Dec MarMay Aug Oct Ja
nMay Aug Nov Apr Sep Feb Ju
lDec May Oct MarAug Ja
nJu
n
108 L
-1
0 m 5 m 10 m 15 m
VIRUS
01020304050607080
Jul
DecMay Oct MarAug Ja
nJu
nNov Apr Sep Feb Ju
lDecMay Oct MarSep Feb Ju
lDecMay Sep Dec MarMayAug Oct Ja
nApr Ju
nSep Nov Apr Ju
nSep Ja
nJu
nNov Apr Sep Feb Ju
lDecMay Oct MarAug
108 L
-1
0
100
200
300
400
500
600
700
Jul
DecMay Oct MarAug Ja
nJu
nNov Apr Sep Feb Ju
lDec May Oct Mar Sep Feb Ju
lDecMay Sep Dec MarMayAug Oct Ja
nApr Ju
nSep Nov Apr Ju
nSep Ja
nJu
nNov Apr Sep Feb Ju
lDecMay Oct MarAug
106 L
-1
BATTERI ETEROTROFI
CIANOBATTERI
intervallo di abbondanze
0.8-333.1 (x 108 L-1)
0.1-74.5 (x 108 L-1)
0.1-594.1 (x 106 L-1)
• elevati tassi di produzione VIRALE
(3.5 – 15 x 108 L-1 h-1 ) (Karuza et al., 2010);
• elevati tassi di produzione BATTERICA 3H-Leu
(0.5 – 152 x 106 L-1 h-1 );
• marcate variazioni delle abbondanze anche a breve scala temporale (Paoli et al., 2006a);
• rapidi shifts metabolici (Karuza et al., 2004; Paoli et al., 2006b).
Sistema dinamico
0
20
40
60
80
100
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
108 L
-1
median 1st quartile 3rd quartile average
batteri
0
10
20
30
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
108 L
-1
median 1st quartile 3rd quartile
cianobatteri
0
50
100
150
200
250
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
106 L
-1
median 1st quartile 3rd quartile
• periodo ~ 12 mesi (analisi di Fourier)
Come cambia la distribuzione nel corso dell’anno solare?
VIRUS
PROCARIOTI
…e nel corso degli anni?
0
20
40
60
x 10
8 L-
1
a. 1
993
a. 1
994
a. 1
995
a. 1
996
a. 1
997
a. 1
998
a. 1
999
a. 2
000
a. 2
001
a. 2
002
a. 2
003
a. 2
004
a. 2
005
a. 2
006
a. 2
007
a. 2
008
a. 2
009
a. 2
010
HETEROTROPHIC PROKARYOTES
0
100
200
300
400
500
106
L-1
a. 1
993
a. 1
994
a. 1
995
a. 1
996
a. 1
997
a. 1
998
a. 1
999
a. 2
000
a. 2
001
a. 2
002
a. 2
003
a. 2
004
a. 2
005
a. 2
006
a. 2
007
a. 2
008
a. 2
009
a. 2
010
AUTOTROPHIC PROKARYOTES
0
50
100
150
200
250
108 L
-1
a. 2000 a. 2001 a. 2002 a. 2003 a. 2004 a. 2005 a. 2006 a. 2007 a. 2008 a. 2009year
virus
Shifts in the mean for 'integrated values of viral abundancesProbability = 0.05, cutoff length = 12, Huber parameter = 1
0,E+00
5,E+09
1,E+10
2,E+10
2,E+10
3,E+10
gen-00lu g-0 0gen-01
lu g-0 1gen-02
lu g-0 2gen-03
lu g-0 3gen-04
lu g-0 4gen-05
lu g-0 5gen-06
lu g-0 6gen-07
lu g-0 7gen-08
lu g-0 8gen-09
lu g-0 9
Shifts in the mean for integrato APProbability = 0.05, cutoff length = 12, Huber parameter = 1
0,E+00
1,E+08
2,E+08
3,E+08
4,E+08
5,E+08
gen-93gen-94gen-95gen-96gen-97gen-98gen-99gen-00gen-01gen-02gen-03gen-04gen-05gen-06gen-07gen-08gen-09gen-10gen-11
Shifts in the mean for integrato HPProbability = 0.05, cutoff length = 12, Huber parameter = 1
0,E+00
1,E+09
2,E+09
3,E+09
4,E+09
5,E+09
6,E+09
gen -93gen-94gen-95gen -96gen-97gen -98gen -99gen-00gen -01gen-02gen-03gen -04gen-05gen-06gen -07gen-08gen -09gen -10gen-11
Jun 2001 Mar 2006 Dec 2008 Jun 1995Sep 1997 May 1998
• distribuzione verticale pressoché omogenea (ANOVA) valore integrato
Microphytoplankton (Fonda Umani et al., 2004)
• indice di correlazione lineare di Spearman: **p<0.01; ***p<0.005
virus batteri ciano salinità temperatura
virus n.s. n.s. ** n.s.
batteri n.s. *** *** ***
ciano n.s. *** *** ***
Quali sono i fattori determinanti?
• no relazione tra le abbondanze dei virus con i procarioti!
• bin-average
0
50
100
150
200
250
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40Salinity
Viru
s ab
unda
nce
(*10
8 viru
ses
L-1
)
0m 5m 10m 15m
• massimi tassi di proliferazione dei virus sono stati osservati in condizioni di crescita ottimali dell’ospite; le abbondanze batteriche totali e la frazione metabolicamente attiva sono risultati particolarmente elevati nelle condizioni di non-limitazione da nutrienti (Larato et al., 2010).
050
100150200250300350
gen-0
0
lug-00
gen-0
1
lug-01
gen-0
2
lug-02
gen-0
3
lug-03
gen-0
4
lug-04
gen-0
5
lug-05
gen-0
6
lug-06
gen-0
7
lug-07
gen-0
8
lug-08
gen-0
9
lug-09
gen-1
0
108 L
-1
0 m 5 m 10 m 15 m
apr-00 set-03mag-06
ago-07set-08
batteriofagi (VPR~ 35)batteriofagi (VPR~ 60) fitofagi fitofagi?
Grazie per l’attenzione!
Si ringraziano:
Alessandro BensiAndrea BussaniSara ComissoChiara LaratoMassimiliano LupieriRenzo MosettiAlessandro PaoliPaola RamaniAnnalisa Valeri
Pubblicazioni:
•Del Negro P, Crevatin E, Larato C, Ferrari C, Totti, C, Pompei M, Giani M, Berto D, Fonda Umani S (2005). Mucilage microcosms. Sci Tot Environ 353: 258-269.
•Fonda Umani S, Beran A, Parlato S, Virgilio D, Zollet T, De Olazabal A, Lazzarini B, Cabrini M (2004). Noctiluca scintillans (Macartney) in the Northern Adriatic Sea: long-term dynamics, relationships withtemperature and eutrophication, and role in the food web. J Plankton Res 26: 1-17.
•Karuza (2001) Variazioni stagionali dei tassi di crescita e di mortalità nel Golfo di Trieste e le loro relazioni con la comparsa delle mucillagini. Tesi di Laurea in Scienze Biologiche, Università Degli Studi di Trieste.
•Karuza A, Del Negro P, Crevatin E, Fonda Umani S, (2010). Viral Production in the Gulf of Trieste (Northern Adriatic Sea): Preliminary results using different methodological approaches. J Exp Mar Biol Ecol 383: 96-104.
•Karuza A, Del Negro P, Paoli A, Comisso S, Fonda Umani S (2004) Highly active bacteria in the surfacewaters of the Gulf of Trieste (Northern Adriatic Sea). Rapp Comm Int Mar Medit 37: 277.
•Larato C, Celussi M, Virgilio D, Karuza A, Falconi C, Vittor C, Del Negro P, Fonda Umani S (2010) Production and utilization of organic matter in different P-availability conditions: a mesocosm experiment in the Northern Adriatic Sea. J Exp Mar Biol Ecol 391:131-142.
•Paoli A, Del Negro P, Fonda Umani S (2006a). Temporal variability in bacterioplanktonic abundance in coastal waters of the Northern Adriatic Sea. Chem Ecol 22(S1): S93-S103.
•Paoli A, Karuza A, De Vittor C, Del Negro P, Fonda Umani S (2006b). Daily variations of highly activebacteria in the Norhern Adriatic Sea. J Plankton Res 27: 1-11.