Light and depth dependency of nitrogen fixation by the non‐photosynthetic, symbiotic cyanobacterium UCYN‐A

The symbiotic cyanobacterium UCYN-A is one of the most globally abundant marine dinitrogen (N2)-fixers, but cultures have not been available and its biology and ecology are poorly understood. We used cultivation-independent approaches to investigate how UCYN-A single-cell N2 fixation rates (NFRs) and nifH gene expression vary as a function of depth and photoperiod. Twelve-hour day/night incubations showed that UCYN-A only fixed N2 during the day. Experiments conducted using in situ arrays showed a light-dependence of NFRs by the UCYN-A symbiosis, with the highest rates in surface waters (5–45 m) and lower rates at depth (≥ 75 m). Analysis of NFRs versus in situ light intensity yielded a light saturation parameter (Ik) for UCYN-A of 44 μmol quanta m−2 s−1. This is low compared with other marine diazotrophs, suggesting an ecological advantage for the UCYN-A symbiosis under low-light conditions. In contrast to cell-specific NFRs, nifH gene-specific expression levels did not vary with depth, indicating that light regulates N2 fixation by UCYN-A through processes other than transcription, likely including host–symbiont interactions. These results offer new insights into the physiology of the UCYN-A symbiosis in the subtropical North Pacific Ocean and provide clues to the environmental drivers of its global distributions.En prens

Changes in population age-structure obscure the temperature-size rule in marine cyanobacteria

The temperature-size Rule (TSR) states that there is a negative relationship between ambient temperature and body size. This rule has been independently evaluated for different phases of the life cycle in multicellular eukaryotes, but mostly for the average population in unicellular organisms. We acclimated two model marine cyanobacterial strains (Prochlorococcus marinus MIT9301 and Synechococcus sp. RS9907) to a gradient of temperatures and measured the changes in population age-structure and cell size along their division cycle. Both strains displayed temperature-dependent diel changes in cell size, and as a result, the relationship between temperature and average cell size varied along the day. We computed the mean cell size of new-born cells in order to test the prediction of the TSR on a single-growth stage. Our work reconciles previous inconsistent results when testing the TSR on unicellular organisms, and shows that when a single-growth stage is considered the predicted negative response to temperature is revealed.Versión del edito

Caracterización ecológica del área marina del banco de Galicia

Se integra información hidrográfica, geomorfológica, sedimentológica, biológica, sobre hábitats marinos y pesquera, para establecer las bases ecológicas necesarias para la protección y conservación del banco de GaliciaEl banco de Galicia es un monte submarino profundo situado a 180 km de la costa gallega, con una cima situada entre los 650 y los 1.500 m de profundidad y rodeado de zonas abisales de más de 4.000 m de profundidad. El relieve de las montañas submarinas interactúa con la circulación oceánica modificando las condiciones de oligotrofismo imperantes en el mar profundo. El cambio de dirección de las corrientes marinas, al chocar con el banco, produce las llamadas columnas de Taylor que tienen como consecuencia giros sobre la cima y finalmente un enriquecimiento de las aguas que bañan el banco, lo que influye, a través de la cadena trófica, en las especies de cetáceos, aves y tortugas. Estas condiciones, junto al aislamiento de estos bancos, convierten a estos bancos en puntos calientes de biodiversidad. Esta teoría se ha visto corroborada por los estudios realizados en el proyecto INDEMARES, basados en dos campañas de investigación, dónde se ha encontrado una elevada biodiversidad y la presencia de hábitats vulnerables. El banco de Galicia está bañado por tres capas diferentes: la masa de agua central del Atlántico nordeste europeo (East North Atlantic Central Water: ENACW), por debajo de las aguas superficiales y hasta los 500-600 m; la masa de agua mediterránea (Mediterranean Outflow Water: MOW) y la masa de agua del Labrador (Labrador Sea Water: LSW), que es la capa más profunda. En cuanto al tipo de fondo, se encuentra roca en el área del flanco oriental y hacia el sureste y en los montes adyacentes como el Rucabado, distinguiendo claramente dos tipos en cuanto a la pendiente, correspondiendo con la roca plana de la cima y la roca en pendiente del borde del banco y paredes. En la cima se encuentran fondos de arenas medias, de reflectividad media y baja según el espesor de sedimento, y arenas finas en los fondos sedimentaruios de los flancos, a profundidades mayores de 1.500. En el banco se han identificado hasta el momento 793 especies, con taxones que superan las 100 especies como son moluscos, peces (con especial énfasis en los elasmobranquios), crustáceos y cnidarios. Este inventario incluye especies nuevas para la ciencia, primeras citas para aguas españolas y europeas y especies de gran interés científico y biogeográfico. Este último punto se explica por la situación del Banco entre regiones biogeográficas conectadas por corrientes y masas de agua. El estudio de las conexiones tróficas entre este elevado número de especies ha mostrado el reforzamiento de las rutas bentopelágicas (gambas y macrozooplancton) frente a las dietas epi- y endobentónicas más habituales en otros fondos equivalentes. Mediante técnicas de muestreo extractivas (arrastres, dragas) y de vídeo, y su proyección sobre la interpretación geomorfológica realizada a partir de la sonda multihaz, se ha obtenido una estimación de la distribución de los hábitats bentónicos del banco. Los hábitats identificados en fondos sedimentarios son 1) arenas medias con ofiuras Ophiacantidae y Flabellum chunii, 2) arenas medias con arrecife de corales profundos de Lophelia pertusa y/o Madrepora oculata, y 3) arenas finas con holoturias elasipódidas (Benthogone rosea). En fondos rocosos se han caracterizado los hábitats de 4) roca batial sin pendiente con gorgonias y corales negros, 5) roca batial de talud con comunidades de corales y esponjas, 6) roca batial de talud con corales blancos, bambú y negros, gorgonias y esponjas, 7) arrecife de corales profundos de Lophelia pertusa y/o Madrepora oculata y 8) roca con nódulos manganésicos. El único tipo de hábitat de la DH descrito en la zona es el 1.170 (arrecifes). Sólo se han incluido en la Directiva Hábitats como 1.170 aquellos que presentaban una densidad y diversidad suficientes para cumplir la definición de “arrecifes”. De los hábitats descritos en el banco (ver características ecológicas y biológicas más arriba) solo se han incluido en el 1.170 los arrecifes de corales blancos situados en las arenas medias de la cima del banco, los arrecifes de corales blancos de aguas frías de las especies Lophelia pertusa y Madrepora oculata sobre la roca de la cima del monte Rucabado, las comunidades de roca batial de talud de la ladera sur del banco constituidas por colonias de corales blancos de aguas frías de las especies Lophelia pertusa y Madrepora oculata, y una fauna acompañante muy diversa de escleractinias solitarias, corales bambú, corales negros, gorgonias y esponjas de gran porte, y el resto de zonas de roca batial de talud con comunidades de corales y esponjas. Muchos de los hábitats pueden ser incluidos en los listados de hábitat vulnerables de OSPAR, en los tipos jardines de coral, agregaciones de esponjas de profundidad, arrecifes de Lophelia y montículos carbonatados. En cuanto a las especies de interés para la protección, de las citadas en el banco, el delfín mular (Tursiops truncatus) y la tortuga boba (Caretta caretta) son las únicas especies que figuran en el Anexo II de la Directiva de Hábitats. Sin embargo, muchas epecies de elasmobranquis y algunos peces óseos son consideradas vulnerables, amenazadas o en declive según los criterios definidos por OSPAR y la lista roja de especies amenazadas de IUCN. Algunas de están protegidas por el reglamento europeo 1262/2012 que regula la pesca de especies profundas. La lejanía del banco respecto a los principales focos de presión y la ausencia casi total de presión pesquera hace que el grado de conservación sea muy alto, pudiéndose hablar de un ecosistema prácticamente prístino. Las recomendaciones para la gestión de esta zona van encaminadas a garantizar esta calidad ambiental actual.Instituto Español de Oceanografía, Comisión Europea Programa LIFE+, Fundación Biodiversida

Unexpected presence of the nitrogen-fixing symbiotic cyanobacterium UCYN-A in Monterey Bay, California

In the last decade, the known biogeography of nitrogen fixation in the ocean has been expanded to colder and nitrogen-rich coastal environments. The symbiotic nitrogen-fixing cyanobacteria group A (UCYN-A) has been revealed as one of the most abundant and widespread nitrogen-fixers, and includes several sublineages that live associated with genetically distinct but closely related prymnesiophyte hosts. The UCYN-A1 sublineage is associated with an open ocean picoplanktonic prymnesiophyte, whereas UCYN-A2 is associated with the coastal nanoplanktonic coccolithophore Braarudosphaera bigelowii, suggesting that different sublineages may be adapted to different environments. Here, we study the diversity of nifH genes present at the Santa Cruz Municipal Wharf in the Monterey Bay (MB), California, and report for the first time the presence of multiple UCYN-A sublineages, unexpectedly dominated by the UCYNA2 sublineage. Sequence and quantitative PCR data over an 8-year time-series (2011–2018) showed a shift toward increasing UCYN-A2 abundances after 2013, and a marked seasonality for this sublineage which was present during summer-fall months, coinciding with the upwelling-relaxation period in the MB. Increased abundances corresponded to positive temperature anomalies in MB, and we discuss the possibility of a benthic life stage of the associated coccolithophore host to explain the seasonal pattern. The dominance of UCYN-A2 in coastal waters of the MB underscores the need to further explore the habitat preference of the different sublineages in order to provide additional support for the hypothesis that UCYN-A1 and UCYN-A2 sublineages are different ecotypes