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.