Understanding how species evolve in their communities is a key challenge in biology and has wide-ranging implications, from managing bacterial resistance to antibiotics to predicting changes in productivity under climate change. Except for bacteria, evolution in communities remains unexplored for most species. Living in a community can be both good and bad: co-occurring species can increase competition for resources but can also offer new opportunities not available for species in isolation. Can we predict how species traits related to energy use change over time in communities? How do these changes affect the productivity and efficiency of communities? This project explores these questions using phytoplankton as a model system. Phytoplankton plays a vital role in our oceans – not only it forms the base of marine food webs but also provides half of the world’s oxygen and carbon uptake. We will combine eco-physiological measurements of energy consumption and production with experimental evolution, leveraging new advances in phytoplankton genomics, to quantify change across three scales: genes, phenotypes and communities. With this multi-disciplinary approach, we will disentangle some of the mechanisms through which species interactions shape energy fluxes across biological scales. Furthermore, by tracking phytoplankton productivity and efficiency, we will provide new theory and data to test for changes in critical ocean functions, such as the production of oxygen and the uptake of carbon.

This project has received funding from “la Caixa” Foundation (ID 100010434) and from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 847648. The fellowship code is LCF/BQ/PI21/11830001.

Embora a investigação já tenha revelado que o metabolismo dos organismos afeta a produtividade das populações e comunidades, a relação entre esse metabolismo e as interações entre as espécies ainda não foi muito explorada. Além disso, continua a ser difícil prever os indicadores de fluxo de energia e recursos de comunidades inteiras.

O trabalho de investigação de Giulia Ghedini tem mostrado que o metabolismo dos organismos medido isoladamente não reflete o seu desempenho nas comunidades porque as interações das espécies alteram a forma como os organismos absorvem e gastam recursos. Compreender como estas interações afetam o metabolismo é essencial para estimar a produtividade e como esta irá mudar com a perda de biodiversidade e o aquecimento global. O projeto de Giulia, que agora obteve financiamento da ERC Starting Grant, propõe a utilização do fitoplâncton marinho como um modelo laboratorial para determinar como as respostas metabólicas afetam a coexistência e o funcionamento da comunidade. O objetivo é ligar a teoria metabólica – que estuda as restrições físicas no metabolismo dos organismos isoladamente -, com a ecologia comunitária, que se centra nas interações das espécies e nas propriedades emergentes da comunidade.

Com base nos dados preliminares que Giulia obteve, o atual projeto pretende mapear as respostas metabólicas entre espécies que competem por recursos semelhantes e testar se essas respostas estabilizam a coexistência. O projeto permitirá à sua equipa aproveitar os desenvolvimentos em transcriptómica de organismos não-modelo para identificar as vias metabólicas que sustentam as respostas metabólicas. A partir desta base, o projeto irá alargar a análise a escalas temporais e biológicas mais amplas, determinar como o aquecimento modifica as respostas metabólicas e a produtividade da comunidade, e como o metabolismo evolui nas comunidades. No seu conjunto, este projeto pretende demonstrar como os ajustes metabólicos influenciam a diversidade e o funcionamento das comunidades. Os resultados terão amplas implicações para a compreensão dos sistemas biológicos porque o impacto metabólico das interações entre espécies molda a fisiologia e a evolução de todos os organismos.

Financiamento