Spatial, temporal and behavioral patterns of marine protists = Patrons espaials, temporals i de comportament dels protistes marins

Abstract

The oceans are microbial-dominated ecosystems, where protists (single-celled eukaryotes) play fundamental roles performing multiple functions as primary producers, consumers, decomposers as well as trophic linkers in aquatic food webs. Due to their ecological relevance, it is important to characterize protist communities along temporal and spatial gradients to understand their biogeography and dynamics. This will allow us to infer the processes that drive the assembly of protist communities. In this dissertation, we focused in the study of natural protists communities aiming to understand their distributions and responses within different dimensions. We first focused in the temporal dimension, analyzing the dynamics of pico- and nanoeukaryotic communities, aiming to characterize the diverse strategies of their members and to determine seasonality. We identified an annual seasonal pattern in the protist community as well as in several composing taxa. Then, we addressed the spatial dimension, analyzing the changes in community composition along the water column in 13 stations distributed in the global ocean, exploring also the vertical variation in the relative metabolic activity of different taxa. Our results showed a clear vertical stratification of the community and indicated that the mesopelagic layer is the region with the highest metabolic activity. Another aim of this thesis was to explore the response of natural protists to chemical gradients. The ocean is a complex ecosystem with nutrients heterogeneously distributed along several patches, so there may be a lot of chemical gradients promoting diverse responses on marine microbes. For that purpose, we performed chemotactic experiments to identify individual responses towards different attractants within a natural protist community. The experimental results showed a preferential response towards some of the tested chemical cues, mainly bacterial exudates. Finally, since studies on microbial diversity generally use the relative abundances of phylotypes in a given sample, we explored the relationship between the latter relative abundances to cell abundances in several chosen taxa. In sum, this dissertation determines temporal and spatial patterns in protists communities as well as chemotactic preferences in different taxa, contributing to broaden our understanding of the structuring processes operating across temporal, spatial and behavioral dimensions in the protist world.

Els oceans són ecosistemes dominats per microorganismes. Entre ells, els protistes (organismes eucariotes unicel·lulars) tenen un paper fonamental en diverses funcions imprescindibles per al sistema marí, principalment com a productors primaris i depredadors, i per tant juguen un paper clau en les xarxes tròfiques marines. Degut a la seva importància ecològica, es necessària la caracterització de les comunitats de protistes al llarg del temps i l'espai per tal d'entendre la seva dinàmica així com els seus patrons biogeogràfics. Això ens permetrà inferir els processos que governen l'estructura de les comunitats de protistes. En aquest context, la present tesi aborda la variabilitat de les comunitats naturals de protistes fent èmfasi en la seva distribució i resposta a diferents nivells. Primerament, ens hem centrat en la dimensió temporal, analitzant les dinàmiques de les comunitats de pico- i nanoeucariotes amb la finalitat de caracteritzar les diverses estratègies utilitzades pels diferents membres de la comunitat, així com també predir la recurrència dels patrons observats. S'ha identificat que, en conjunt, la comunitat de protistes segueix un patró anual, i també s'ha trobat un patró semblant per a algunes de les espècies, generalment les més abundants. Posteriorment, hem adreçat la dimensió espaial, avaluant com canvien les comunitats i l'activitat dels grups taxonòmics al llarg de la columna d'aigua en 13 estacions repartides pels diferents oceans de tot el món. S'ha observat que la comunitat està marcada per l'estratificació vertical i, a més, que la capa mesopelàgica és la regió on la majoria dels grups taxonòmics semblen estar més metabòlicament actius. Un altre nivell d'estudi d'aquesta tesi ha estat la resposta dels protistes davant la presència de senyals químics. L'oceà és un ecosistema complex on els nutrients estan distribuïts de manera heterogènia en diferents àrees, i això provoca l'existència de gradients químics que poden desencadenar diverses respostes dels microorganismes. Per tal d'identificar les respostes individuals dels protistes es van realitzar experiments de quimiotaxi. Els resultats experimentals van demostrar l'existencia d'una preferència d'alguns atractants químics com els exudats de bacteris, envers uns altres. Finalment, degut a que la majoria d'estudis de diversitat microbiana estan basats en abundàncies relatives de les diferents espècies presents a la mostra, s'han relacionat aquestes abundàncies amb les abundàncies reals. En resum, aquesta tesis profunditza en els patrons temporals i espaials de les comunitats de protistes, així com en les preferències quimiotàctiques dels diferents membres, contribuint a ampliar el nostre coneixement sobre els processos que estructuren les comunitats de protistes en la seva dimensió temporal, espaial i conductual.