Bioinformàtica Recerca

Tara Oceans

Bioinformàtica i canvi climàtic en els oceans

Les dades obtingudes durant les expedicions Tara Oceans permeten mesurar la resposta de la vida marina al canvi climàtic

  • Llúcia Ribot, 19 de Juny de 2019
  • 3 mins de lectura
Foto: Fitoplancton, Pixabay

Científics de tot el món han explorat la diversitat, evolució i ecologia del plàncton marí a bord de les expedicions científiques Tara Oceans, aplicant coneixements de bioinformàtica per analitzar la biodiversitat de l'oceà global i comprendre com l’afecten els canvis en el clima de la terra.

Entre 2009 i 2013, un equip internacional de científics va recollir milers de mostres en els oceans de tot el món a bord de la goleta ‘Tara’, en les expedicions científiques ‘Tara Oceans, a global view’, i ‘Tara Oceans Polar Circle’. L’objectiu del projecte era “millorar la nostra comprensió del plàncton, com evoluciona, com s’interconnecta i es mou constantment d’un oceà a un altre”, explica el biòleg Eric Karsenti de l’EMBL, director científic de ‘Tara Oceans’. Per estudiar la biodiversitat de l’oceà global i comprendre com l’afecten els canvis en el clima de la Terra, els científics de ‘Tara Oceans’ han realitzat estudis d’abordatge multidisciplinari, incloent-hi l’aplicació de coneixements de bioinformàtica per analitzar les mostres.

“Com són els microorganismes distribuïts en els oceans i quina és la seva biodiversitat? I què hi ha dels riscos per al plàncton, els bacteris i els virus? Tots aquests regnes estan vinculats i depenen els uns dels altres? En àrees localitzades o a tot arreu? Quants d’aquests n’hi ha? Quina influència tenen els paràmetres de temperatura, salinitat, acidesa i fisicoquímics en aquestes criatures estranyes, i en quines regions?”, són algunes de les preguntes que buscaven respondre els científics.

Per donar resposta a totes aquestes qüestions,‘Tara Oceans’ va convocar a un “exèrcit” d’experts especialitzats en genòmica, biologia, biogeoquímica, biogeografia, oceanografia, biofísica, genètica i bioinformàtica, entre d’altres; per ser capaços d’interpretar la ingent quantitat de dades recollides en les seves travessies. Convertint-se, d’aquesta manera, en una expedició “especial, revolucionària”: un punt de trobada entre disciplines per estudiar l’oceà global.

Analitzant dades biològiques

Amb l’objectiu d’esbrinar el màxim possible sobre els organismes que habiten el mar a partir de les seves mostres, els científics van utilitzar les eines de la biologia molecular per avaluar la diversitat d’espècies i de funció ecològica. Llavors, per poder processar, visualitzar i analitzar aquesta gran quantitat de dades, va entrar en joc la bioinformàtica: una àrea de recerca que aplica la informàtica i les tecnologies de la informació en el processament de dades del camp de la biologia. A partir de sistemes d’imatge avançats, bioinformàtica i les últimes tecnologies de modelatge físic, els investigadors van respondre a: Quins tipus de plàncton poblen els nostres oceans? Com interactuen entre si i amb el seu entorn? Com reaccionaran davant el canvi climàtic i com això ens afecta?

‘Tara Oceans’ va mostrejar entre la superfície i els 900 metres de profunditat, generant una base de dades de 40 milions de gens.

‘Tara Oceans’ va mostrejar entre la superfície i els 900 metres de profunditat, generant una base de dades de 40 milions de gens (‘Ocean Microbial Reference Gene Catalog’). D’acord amb l’Institut Europeu de Bioinformàtica (EMBL-EBI), va recollir mostres de plàncton marí que contenien virus, bacteris, arqueobacteris, protists i metazous planctònics que viuen a la capa superficial dels oceans del món; descobrint, entre altres troballes, 200.000 virus en l’oceà, 10 vegades més del que s’estimava.

A partir de mètodes bioinformàtics, els científics van trobar que “d’una operació de mostreig a la següent, els bacteris tenen activitats metabòliques increïblement diverses”, explica Karsenti. I, en resposta a ¿com interaccionen entre si?, els científics van descobrir que la majoria dels organismes s’ajuden mútuament a prosperar: “el 80% de les interaccions entre els organismes de l’oceà són positives. Això canvia la manera en què veiem l’evolució. La col·laboració també fa que la vida a la Terra evolucioni i sigui més complexa”, apunta Karsenti.

Models computacionals

Amb l’objectiu de predir com evolucionaran els oceans, com s’organitzen i distribueixen geogràficament els seus ecosistemes, cal dur a terme models d’ecosistemes. “Aquests models ens haurien d’ajudar a predir com evolucionarà la vida marina en resposta a la variació del clima, el cicle del carboni en els dos hemisferis i la regulació general del clima”, ja que la “distribució dels microorganismes està en part determinada pel medi ambient, la latitud i els corrents”, segons el director científic de l’expedició.

“Dels gens i bacteris analitzats fins ara, entre el 60 i el 80% d’aquests eren prèviament desconeguts per a la ciència”, diu Karsenti.

Aplicant aquests models computacionals, els científics han observat que “el plàncton va ser colonitzat per un gran nombre de virus i es va adaptar a l’escalfament: va continuar produint la seva quota equilibrada d’oxigen i CO2 i, per tant, va continuar exercint un paper en la reducció de l’efecte hivernacle”, descriu Karsenti. “Ara tenim una visió més detallada de la seva biodiversitat i la seva complexitat. Dels gens i bacteris analitzats fins ara, entre el 60 i el 80% d’aquests eren prèviament desconeguts per a la ciència”, afegeix.

Aquesta informació és, segons els investigadors, de vital importància perquè qualsevol variació en la composició del plàncton pot tenir un impacte en l’equilibri dels gasos del planeta. Per això, el coneixement dels nostres oceans és fonamental. No hem d’oblidar que la meitat de l’oxigen que respirem el generen els organismes marins. Però, també la meitat del CO2 de l’atmosfera l’absorbeixen els oceans. Per això, des de 2010, la goleta també recol·lecta microplàstics per estudiar la contaminació plàstica que entra a l’oceà des del continent europeu.

També et pot interessar