The Ecology and Diversity of Benthic Deep-Sea Fungi

Fungi occur in every environment of Earth and account for more than 2 million species of which we only roughly described the 10%. Fungal contribution to ecological processes in terrestrial and aquatic ecosystems is pivotal and well recognised. However, fungal diversity and ecology are yet largely unknown in benthic deep-sea ecosystems. Thus, this thesis provides a deep analysis of the current literature about fungal ecology along with laboratory analyses on fungal abundance and diversity in deep-sea sediment samples collected worldwide. In the last few decades, fungi have been described from numerous benthic deep-sea habitats accounting for substantial diversity. However, quantitative information is missing hampering conclusions regarding their ecological role. The results of this thesis indicate that fungal abundance does not decline with increasing water depth, conversely to other eukaryotes. Rather, fungal abundance is generally high and strongly correlated to trophic resource availability and in particular with carbohydrate concentrations, which in deep-sea sediments include the less bioavailable fraction. This study also reveals that benthic deep-sea ecosystems host a relatively high fungal OTUs richness, whose majority did not match public databases, suggesting that benthic deep-sea sediments host novel taxa even at high taxonomic level. Also, assemblage composition considerably varies across benthic deep-sea ecosystems in function of biological and environmental factors such as thermohaline conditions and dissolved oxygen which significantly explain patterns of fungal assemblage composition over a wide spatial scale. Overall, this study suggests that fungi can be responsible for the degradation of those resources inaccessible to other microbial groups and that fungi are a significant, although largely overlooked, component of the benthic deep-sea assemblages which should be included in food-web and biogeochemical cycle models.

I funghi sono ovunque sulla Terra e contano oltre 2 milioni di specie, di cui solo il 10% è stato descritto. Il contributo fungino ai processi ecologici in ecosistemi terrestri è nodale. Tuttavia, la diversità e l’ecologia fungina negli ecosistemi bentonici di acque profonde sono ancora sconosciute. Questa tesi propone un’analisi dettagliata della letteratura corrente sull’ecologia dei funghi e fornisce nuove informazioni sulla loro abbondanza e diversità in campioni di sedimenti di acque profonde raccolti in tutto il mondo. Negli ultimi decenni, la diversità fungina è stata descritta da in numerosi habitat bentonici di acque profonde, ma le informazioni quantitative sul loro ruolo ecologico sono carenti. Questa tesi mostra che l'abbondanza fungina non diminuisce all'aumentare della profondità dell'acqua, contrariamente ad altri eucarioti. Piuttosto, l’abbondanza fungina è generalmente alta e correlata alla disponibilità di risorse trofiche ed in particolare alle concentrazioni di carboidrati, che in questi ecosistemi includono la frazione più refrattaria. Questo studio rivela anche una ricchezza relativamente elevata di OTU fungine, in gran parte assenti nelle banche dati pubbliche, suggerendo che i sedimenti bentonici ospitano nuovi taxa anche ad alto livello tassonomico. Infine, la composizione delle comunità fungine varia nei diversi ecosistemi bentonici profondi in funzione di fattori biologici e ambientali. In particolare, le condizioni termoaline e l'ossigeno disciolto spiegano significativamente le variazioni osservate ad ampia scala spaziale. Nel complesso, questo studio suggerisce che i funghi possono essere responsabili della degradazione di quelle risorse inaccessibili ad altri gruppi microbici e che i funghi sono una componente significativa, anche se largamente trascurata, delle comunità microbiche bentoniche di profondità. Pertanto, i funghi dovrebbero essere inclusi nei modelli per lo studio di reti trofiche e cicli biogeochimici.