Predicting global distributions of eukaryotic plankton communities from satellite data

• Published in: ISME Communications
• Main Authors: Kaneko, Hiroto, Endo, Hisashi, Henry, Nicolas, Berney, Cédric, Mahé, Frédéric, Poulain, Julie, Labadie, Karine, Beluche, Odette, El Hourany, Roy, Acinas, Silvia, Babin, Marcel, Bork, Peer, Bowler, Chris, Cochrane, Guy, de Vargas, Colomban, Gorsky, Gabriel, Guidi, Lionel, Grimsley, Nigel, Hingamp, Pascal, Iudicone, Daniele, Jaillon, Olivier, Kandels, Stefanie, Karsenti, Eric, Not, Fabrice, Poulton, Nicole, Pesant, Stéphane, Sardet, Christian, Speich, Sabrina, Stemmann, Lars, Sullivan, Matthew, Sunagawa, Shinichi, Chaffron, Samuel, Wincker, Patrick, Nakamura, Ryosuke, Karp-Boss, Lee, Boss, Emmanuel, Tomii, Kentaro, Ogata, Hiroyuki
• Other Authors: Bioinformatics Center, Institute for Chemical Research, Kyoto University, Kyoto University, Institute for Chemical Research, Kyoto University (KUICR), Fédération de recherche de Roscoff (FR2424), Station biologique de Roscoff = Roscoff Marine Station (SBR), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ABiMS - Informatique et bioinformatique = Analysis and Bioinformatics for Marine Science (ABIMS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Station biologique de Roscoff = Roscoff Marine Station (SBR), ARIA Technologies, Institut de Biologie François JACOB (JACOB), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Global Oceans Systems Ecology & Evolution - Tara Oceans (GOSEE), Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Aix Marseille Université (AMU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Université de Toulon (UTLN)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 )-Institut de Recherche pour le Développement (IRD France-Nord )-Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay (ENS Paris Saclay)-European Molecular Biology Laboratory (EMBL)-École Centrale de Nantes (Nantes Univ - ECN), Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université australe du Chili, Génomique métabolique (UMR 8030), Genoscope - Centre national de séquençage Evry (GENOSCOPE), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (LOG) - UMR 8187 (LOG), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université du Littoral Côte d'Opale (ULCO)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD France-Nord ), Université du Littoral Côte d'Opale (ULCO), Institute of Marine Sciences / Institut de Ciències del Mar Barcelona (ICM), Consejo Superior de Investigaciones Cientificas = Spanish National Research Council (CSIC), Takuvik International Research Laboratory, Université Laval Québec (ULaval)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Bioinformatics, Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), Adaptation et diversité en milieu marin (ADMM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Station biologique de Roscoff = Roscoff Marine Station (SBR), Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Biologie intégrative des organismes marins (BIOM), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire océanologique de Banyuls (OOB), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut méditerranéen d'océanologie (MIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZN), Laboratoire d'Analyses Génomiques des Eucaryotes (LAGE), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Genoscope - Centre national de séquençage Evry (GENOSCOPE)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2023
• Subjects: [SDV]Life Sciences [q-bio]; Subarctic
• Online Access: https://hal.science/hal-04394784; https://hal.science/hal-04394784/document; https://hal.science/hal-04394784/file/s43705-023-00308-7.pdf; https://doi.org/10.1038/s43705-023-00308-7

International audience Abstract Satellite remote sensing is a powerful tool to monitor the global dynamics of marine plankton. Previous research has focused on developing models to predict the size or taxonomic groups of phytoplankton. Here, we present an approach to identify community types from a global plankton network that includes phytoplankton and heterotrophic protists and to predict their biogeography using global satellite observations. Six plankton community types were identified from a co-occurrence network inferred using a novel rDNA 18 S V4 planetary-scale eukaryotic metabarcoding dataset. Machine learning techniques were then applied to construct a model that predicted these community types from satellite data. The model showed an overall 67% accuracy in the prediction of the community types. The prediction using 17 satellite-derived parameters showed better performance than that using only temperature and/or the concentration of chlorophyll a . The constructed model predicted the global spatiotemporal distribution of community types over 19 years. The predicted distributions exhibited strong seasonal changes in community types in the subarctic–subtropical boundary regions, which were consistent with previous field observations. The model also identified the long-term trends in the distribution of community types, which suggested responses to ocean warming.