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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.21.2020.tde-17052022-110258
Document
Author
Full name
Natascha Menezes Bergo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Pellizari, Vivian Helena (President)
Rigonato, Janaina
Lima, André Oliveira de Souza
Signori, Camila Negrão
Title in English
Microorganisms in Fe-Mn Nodules and Crusts: Comparative Study between the North and South Atlantic Ocean
Keywords in English
Atlantic Ocean
Biogeochemical Cycling
Deep-sea
Ferromanganese Crust
Ferromanganese Nodule
Microbial Community
Abstract in English
Fe-Mn crusts and nodules are deep-sea minerals that are economically and ecologically important. Future mining of these minerals is predicted to have significant effects on biodiversity. Thus, for future mining impact studies, it is crucial to understand the role of crusts and nodules in shaping microbial diversity and function in the deep-sea. The main objective of this thesis was to better understand the bacterial and archaeal diversity associated to Fe-Mn crusts, nodules, coral skeletons, calcarenites and surrounding sediments from two Fe-Mn deposits from Atlantic Ocean. The combination of molecular fingerprinting and geochemical approaches used in this study helped to test how the environmental factors of these habitats affect the structure of microbial communities and investigate general patterns of their distribution in the North and South Atlantic Ocean. We analyzed samples and abiotic data from three oceanographic expeditions: one at Tropic seamount and two at Rio Grande Rise (RGR). In Chapter I, the local and regional scales of microbial community structure and their relation to the environmental factors were investigated at the Tropic seamount and RGR. Also, spatial variations of community structure associated to Fe-Mn deposits from the Atlantic and Pacific Oceans were investigated using 16S rRNA gene sequences from public databases. Our results are in general agreement with previous studies in the Pacific Ocean, confirming that crusts and nodules provide a specific ecological niche. Fe-Mn crusts and nodules from Atlantic seamounts showed a typical deep-sea microbiome, with dominance of the classes Gammaproteobacteria and Alphaproteobacteria, but at higher taxonomic resolution we detected substantial differences. Fe-Mn crusts and nodules from Tropic seamount and RGR host a higher proportion of microbial community composition potentially involved in the metal and nitrogen cycle. Variation in the microbial community structure was linked to local heterogeneity, as depth and environmental variables collected from surrounding deep-sea waters. Differences in Fe- Mn substrates community structure between Tropic seamount and RGR suggest that changes in the environmental setting (i.e. water depth and geochemical compositions) play a significant role in structuring the Fe-Mn crust and nodule microbiome. Microbial community structure and diversity in the Fe-Mn crusts, crust biofilms, coral skeletons and calcarenites from RGR was investigated in Chapter II. Microbial alpha diversity differences were not observed among these Fe-Mn substrates. However, microbial community compositions were found to be different among substrates by water depth and sampling location.
Title in Portuguese
Micro-organismos em Crostas e Nódulos de Fe-Mn: Estudo Comparativo entre o Oceano Atlântico Norte e Sul
Keywords in Portuguese
Ciclos Biogeoquímicos
Comunidades de Micro-organismos
Crosta de ferromanganes
Mar profundo
Nódulo de ferromanganes
Oceano Atlântico
Abstract in Portuguese
Crostas e nódulos de Fe-Mn são agregados minerais importantes do ponto de vista econômico e ecológico. Prevê-se que a mineração desses minerais terá efeitos significativos na biodiversidade marinha. Portanto, para futuros estudos de impacto de mineração, e crucial entender o papel das crostas e nódulos na formação da diversidade microbiana no mar profundo. O principal objetivo desta tese foi estudar a diversidade micro-organismos em regiões oceânicas profundas, associados as crostas e nódulos de ferromanganes (Fe-Mn), esqueletos de coral, calcarinitas, e sedimentos presentes em dois depósitos de Fe-Mn do Oceano Atlântico. Neste estudo foram utilizadas ferramentas de biologia molecular e de geoquímica para entender como os fatores ambientais destes habitats afetam a estrutura da comunidade microbiana e investigar padrões de distribuição destas comunidades no oceano Atlântico Norte e Sul. Amostras e dados abióticos de três expedições oceanográficas foram analisadas: uma no monte submarino Tropic (Oceano Atlântico Norte) e duas na Elevação de Rio Grande (EGR, Oceano Atlântico Sul). No Capítulo I, escalas locais e regionais da estrutura da comunidade microbiana e sua relação com as características ambientais foram investigadas no monte submarino Tropic e na EGR. Além disso, variações espaciais na estrutura da comunidade associadas aos depósitos de Fe-Mn dos oceanos Atlântico e Pacifico foram exploradas usando sequencias do gene 16S rRNA de bancos de dados públicos. Os resultados comprovam que crostas e nódulos de Fe-Mn fornecem um nicho ecológico especifico, como descrito em estudos anteriores no Oceano Pacifico. As crostas e nódulos de Fe-Mn dos montes submarinos do Oceano Atlântico mostraram uma composição taxonômica comum de mar profundo, com predominância das classes Gammaproteobacteria e Alphaproteobacteria, mas em outros níveis taxonômicos detectamos diferenças. Variações na estrutura das comunidades microbianas apresentaram relação com a heterogeneidade local, como profundidade e variáveis ambientais para amostras de agua de mar profundo. Diferenças na estrutura da comunidade entre o submarino Tropic e a EGR indicaram que mudanças no ambiente (profundidade local e composições geoquímicas) também são importantes na estruturação do microbioma de crostas e nódulos de Fe-Mn. No Capítulo II foram investigadas a estrutura e diversidade dos micro-organismos nas crostas, biofilme de crosta, esqueleto de coral e calcarenitos com Fe-Mn provenientes da EGR. Não foram observadas diferenças na alfa diversidade entre os substratos de Fe-Mn. No entanto, a composição taxonômica foi distinta entre os substratos de acordo com a profundidade e o local de coleta.
 
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Publishing Date
2022-06-24
 
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