Effects of submarine groundwater discharge on coastal bacterioplankton communities from the NW Mediterranean

Effects of submarine groundwater discharge on coastal bacterioplankton communities from the NW Mediterranean

Trabajo final presentado por Olena Maister para el Máster European MSc in Marine Environment and Resources UPV/EHU-SOTON-UB-ULg, realizado bajo la dirección de la Dra. Clara RuizGonzález del Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC).-- 64 pages, 12 figures, 1 table, supplementary materials

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Main Author: Maister, Olena
Other Authors: Ruiz-González, Clara
Format: tesis de maestría biblioteca
Published: CSIC - Instituto de Ciencias del Mar (ICM) 2018-09-07
Online Access:http://hdl.handle.net/10261/185172
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spelling dig-icm-es-10261-1851722022-05-27T11:04:52Z Effects of submarine groundwater discharge on coastal bacterioplankton communities from the NW Mediterranean Maister, Olena Ruiz-González, Clara Trabajo final presentado por Olena Maister para el Máster European MSc in Marine Environment and Resources UPV/EHU-SOTON-UB-ULg, realizado bajo la dirección de la Dra. Clara RuizGonzález del Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC).-- 64 pages, 12 figures, 1 table, supplementary materials [EN] Bacteria play major roles in biogeochemical cycles across all kinds of terrestrial and aquatic ecosystems. Although there has been plenty of research on the ecology and diversity of bacterial communities from surface terrestrial and aquatic ecosystems, we know very little about bacteria inhabiting subsurface environments like groundwater aquifers. In particular, coastal groundwater aquifers are gaining increasing attention because submarine groundwater discharge (SGD) has recently been shown to be extremely important for coastal ecosystems, delivering large amounts of nutrients. Due to our limited knowledge of groundwater microbial diversity, however, whether these coastal aquifers also represent reservoirs of bacterial diversity for coastal bacterial communities remains completely unknown. Here, we first aimed at characterizing the taxonomic composition and activity of bacterial communities in various coastal groundwater aquifers and their adjacent marine coastal sites along the NW Mediterranean coast, where SGD has been shown to be much more important than previously believed. Second, we experimentally explored the responses of marine bacterial communities to groundwater additions, as well as the capacity of groundwater taxa to grow under marine conditions. Using catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH) coupled with bioorthogonal non-canonical aminoacid tagging (BONCAT), we could quantify the abundances of major bacterial groups and their single-cell activity across aquifers, or in response to the experimental mixing of seawater and groundwater. Our results show that Mediterranean groundwater aquifers show much lower bacterial abundances and activity than surface sea-or river water, and that are much more heterogeneous in terms of taxonomic composition at the spatial scale, probably due to higher isolation and more variable physico-chemical conditions between aquifers. Interestingly, our mixing experiment showed fast but transient increases in activity of marine opportunistic bacterial groups after groundwater addition. Moreover, despite the low in situ abundance and activity of groundwater bacteria, we observed a large potential of some groundwater bacterial groups such as Gammaproteobacteria, Roseobacter and Bacteroidetes to grow when exposed to marine conditions. This work represents the first attempt to describe spatial variation in bacterioplankton communities in the Mediterranean aquifers. Moreover, our results provide evidence that groundwater discharge to the ocean could also transport some viable bacterial taxa able to grow in the ocean. All this will enlarge our knowledge on the influence of SGD on marine bacterioplankton communities, as well as on the bacterial potential to persist under unfavourable conditions and grow in different environments [ES] Las bacterias desempeñan un papel muy importante en los ciclos biogeoquímicos en todo tipo de ecosistemas terrestres y acuáticos. Aunque ha habido muchos estudios sobre la ecología y la diversidad de las comunidades bacterianas de ecosistemas terrestres y acuáticos superficiales, sabemos muy poco sobre las identidad y función de las bacterias que habitan en entornos subsuperficiales como los acuíferos subterráneos. En particular, los acuíferos subterráneos costeros están atrayendo interés debido a que se ha demostrado recientemente que la descarga de aguas subterráneas submarinas (SGD) es extremadamente importante en los ecosistemas costeros, ya que aporta grandes cantidades de nutrientes. Sin embargo, debido a nuestro limitado conocimiento de la diversidad microbiana del agua subterránea, se desconoce si estos acuíferos costeros representan también reservorios de diversidad microbiana para las comunidades bacterianas costeras. En este estudio, quisimos en primer lugar caracterizar la composición taxonómica y la actividad de las comunidades bacterianas presentes en varios acuíferos costeros y en la costa adyacente a lo largo de la costa mediterránea noroccidental, donde se ha observado que la SGD es mucho más importante de lo que se creía anteriormente. En segundo lugar, exploramos experimentalmente las respuestas de las comunidades bacterianas marinas a las adiciones de agua subterránea, así como la capacidad de las bacterias de aguas subterráneas para crecer en condiciones marinas. Mediante el uso combinado de las técnicas de microscopia CARD-FISH (catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization) y BONCAT (bioorthogonal non-canonical aminoacid tagging) pudimos cuantificar la abundancia de los principales grupos bacterianos y su actividad en los distintos acuíferos, así como en respuesta al experimento de mezcla de agua de mar y agua subterránea. Nuestros resultados muestran que los acuíferos mediterráneos esconden una abundancia y actividad bacteriana mucho menor que las aguas superficiales de mar o de río, y que son mucho más heterogéneos en términos de composición taxonómica a escala espacial, probablemente debido a un mayor aislamiento y condiciones fisicoquímicas más variables entre distintos acuíferos. Por otra parte, gracias al experimento de mezcla observamos aumentos rápidos pero transitorios en la actividad de algunos grupos bacterianos marinos oportunistas pocas horas después de la adición de agua subterránea. Además, a pesar de la baja abundancia y actividad de las bacterias del agua subterránea, observamos que algunos grupos bacterianos de aguas subterráneas tales como Gammaproteobacteria, Roseobacter and Bacteroidetesson capaces de crecer rápidamente una vez expuestos a condiciones marinas. Este trabajo representa el primer intento de describir la variación espacial en las comunidades de bacterioplancton presentes en acuíferos subterráneos mediterráneos. Además, nuestros resultados proporcionan evidencia de que la descarga de aguas subterráneas al océano podría proporcionar, además de nutrientes y otros compuestos, algunos taxones bacterianos capaces de crecer en el océano. Estos resultados amplian nuestro conocimiento sobre la influencia del SGD en las comunidades de bacterioplancton marino, así como sobre el potencial de estos microorganismos para persistir en condiciones desfavorables y su capacidad de crecer en diferentes ambientes Peer Reviewed 2019-07-01T07:21:56Z 2019-07-01T07:21:56Z 2018-09-07 2019-07-01T07:21:56Z tesis de maestría http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc http://hdl.handle.net/10261/185172 No open CSIC - Instituto de Ciencias del Mar (ICM)

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