Pan-Arctic plankton community structure and its global connectivity

• Published in: Elementa: Science of the Anthropocene
• Main Authors: Ibarbalz, Federico, M, Henry, Nicolas, Mahé, Frédéric, Ardyna, Mathieu, Zingone, Adriana, Scalco, Eleonora, Lovejoy, Connie, Lombard, Fabien, Jaillon, Olivier, Iudicone, Daniele, Malviya, Shruti, Sullivan, Matthew, B, Chaffron, Samuel, Karsenti, Eric, Babin, Marcel, Boss, Emmanuel, Wincker, Patrick, Zinger, Lucie, de Vargas, Colomban, Bowler, Chris, Karp-Boss, Lee
• Other Authors: Eco-évolution mathématique - IBENS, 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)-Département de Biologie - ENS Paris, 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), Adaptation et diversité en milieu marin (ADMM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-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), Plant Health Institute of Montpellier (UMR PHIM), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université de Montpellier (UM), Département Systèmes Biologiques (Cirad-BIOS), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Takuvik International Research Laboratory, Université Laval Québec (ULaval)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZN), Institut de la Mer de Villefranche (IMEV), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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'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), Ohio State University Columbus (OSU), University of Maine
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2023
• Subjects: Marine protists; Unicellular; Phytoplankton; Global change; Advection; Environmental filtering; [SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology; [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography; [SDV.MP]Life Sciences [q-bio]/Microbiology and Parasitology; Arctic; Arctic Ocean; Atlantic Arctic; Atlantic-Arctic; Global warming
• Online Access: https://hal.science/hal-04267640; https://hal.science/hal-04267640/document; https://hal.science/hal-04267640/file/elementa.2022.00060.pdf; https://doi.org/10.1525/elementa.2022.00060

International audience The Arctic Ocean (AO) is being rapidly transformed by global warming, but its biodiversity remains understudied for many planktonic organisms, in particular for unicellular eukaryotes that play pivotal roles in marine food webs and biogeochemical cycles. The aim of this study was to characterize the biogeographic ranges of species that comprise the contemporary pool of unicellular eukaryotes in the AO as a first step toward understanding mechanisms that structure these communities and identifying potential target species for monitoring. Leveraging the Tara Oceans DNA metabarcoding data, we mapped the global distributions of operational taxonomic units (OTUs) found on Arctic shelves into five biogeographic categories, identified biogeographic indicators, and inferred the degree to which AO communities of unicellular eukaryotes share members with assemblages from lower latitudes. Arctic/Polar indicator OTUs, as well as some globally ubiquitous OTUs, dominated the detection and abundance of DNA reads in the Arctic samples. OTUs detected only in Arctic samples (Arctic-exclusives) showed restricted distribution with relatively low abundances, accounting for 10–16% of the total Arctic OTU pool. OTUs with high abundances in tropical and/or temperate latitudes (non-Polar indicators) were also found in the AO but mainly at its periphery. We observed a large change in community taxonomic composition across the Atlantic-Arctic continuum, supporting the idea that advection and environmental filtering are important processes that shape plankton assemblages in the AO. Altogether, this study highlights the connectivity between the AO and other oceans, and provides a framework for monitoring and assessing future changes in this vulnerable ecosystem.