Abstract Late in summer 2003, extensive mass mortality of at least 25 rocky benthic macro‐invertebrate species (mainly gorgonians and sponges) was observed in the entire Northwestern (NW) Mediterranean region, affecting several thousand kilometers of coastline. We were able to characterize the mortality event by studying six areas covering the main regions of the NW Mediterranean basin. The degree of impact on each study area was quantified at 49 sites by estimating the proportion of colonies affected in populations of several gorgonian species compared with reference data obtained in years without mortality signs. According to these data, the western areas (Catalan coast and Balearic Islands) were the least affected, while the central areas (Provence coast and Corsica‐Sardinia) showed a moderate impact. The northernmost and eastern areas (Gulf of Genoa and Gulf of Naples) displayed the highest impact, with almost 80% of gorgonian colonies affected. The heat wave of 2003 in Europe caused an anomalous warming of seawater, which reached the highest temperatures ever recorded in the studied regions, between 1 and 3 °C above the climatic values (mean and maximum). Because this exceptional warming was observed in the depth ranges most affected by the mortality, it seems likely that the 2003 anomalous temperature played a key role in the observed mortality event. A correlation analysis between temperature conditions and degree of impact seems to support this hypothesis. Under the present climate warming trend, new mass mortality events may occur in the near future, possibly driving a major biodiversity crisis in the Mediterranean Sea.

Summer conditions in the Mediterranean Sea are characterized by high temperatures and low food availability. This leads to “summer dormancy” in many benthic suspension feeders due to energetic constraints. Analysis of the most recent 33-year temperature time series demonstrated enhanced stratification due to global warming, which produced a ≈40% lengthening of summer conditions. Many biological processes are expected to be affected by this trend, culminating in such events as mass mortality of invertebrates. Climatic anomalies concomitant with the occurrence of these events represent prolonged exposure to warmer summer conditions coupled with reduced food resources. Simulation of the effects of these conditions on a model organism demonstrated a biomass loss of >35%. Losses of this magnitude result in mortality similar to that noted in field observations during mass mortality events. These results indicate that temperature anomalies are the underlying cause of the events, with energetic constraints serving as the main triggering mechanism.

Accurate measurement of clonal genotypes, mutational processes, and replication states from individual tumor-cell genomes will facilitate improved understanding of tumor evolution. We have developed DLP+, a scalable single-cell whole-genome sequencing platform implemented using commodity instruments, image-based object recognition, and open source computational methods. Using DLP+, we have generated a resource of 51,926 single-cell genomes and matched cell images from diverse cell types including cell lines, xenografts, and diagnostic samples with limited material. From this resource we have defined variation in mitotic mis-segregation rates across tissue types and genotypes. Analysis of matched genomic and image measurements revealed correlations between cellular morphology and genome ploidy states. Aggregation of cells sharing copy number profiles allowed for calculation of single-nucleotide resolution clonal genotypes and inference of clonal phylogenies and avoided the limitations of bulk deconvolution. Finally, joint analysis over the above features defined clone-specific chromosomal aneuploidy in polyclonal populations.

Abstract The long-term stability of microbiomes is crucial as the persistent occurrence of beneficial microbes and their associated functions ensure host health and well-being. Microbiomes are highly diverse and dynamic, making them challenging to understand. Because many natural systems work as temporal networks, we present an approach that allows identifying meaningful ecological patterns within complex microbiomes: the dynamic core microbiome. On the basis of six marine sponge species sampled monthly over three years, we study the structure, dynamics and stability of their microbiomes. What emerge for each microbiome is a negative relationship between temporal variability and mean abundance. The notion of the dynamic core microbiome allowed us to determine a relevant functional attribute of the microbiome: temporal stability is not determined by the diversity of a host’s microbial assemblages, but rather by the density of those microbes that conform its core microbiome. The core microbial interaction network consisted of complementary members interacting weakly with dominance of comensal and amensal interactions that suggests self-regulation as a key determinant of the temporal stability of the microbiome. These interactions have likely coevolved to maintain host functionality and fitness over ecological, and even evolutionary time scales.

On the sea floor, prey and predator commonly engage in a chemical warfare. Here, sponges thrive due to their specific and diverse chemical arsenal. Yet, some animals use these chemically-defended organisms as food and home. Most research on sponge chemical ecology has characterized crude extracts and investigated defences against generalist predators like fish. Consequently, we know little about intraindividual chemical dynamics and responses to specialist grazers. Here, we studied the response of the sponge Aplysina aerophoba to grazing by the opistobranch Tylodina perversa , in comparison to mechanical damage, at the cellular (via microscopy) and chemical level (via matrix-assisted laser desorption/ionization imaging mass spectrometry). We characterized the distribution of two major brominated compounds in A. aerophoba , aerophobin-2 and aeroplysinin-1, and identified a generalized wounding response that was similar in both wounding treatments: (i) brominated compound-carrying cells (spherulous cells) accumulated at the wound and (ii) secondary metabolites reallocated to the sponge surface. Upon mechanical damage, the wound turned dark due to oxidized compounds, causing T. perversa deterrence. During grazing, T. perversa’s way of feeding prevented oxidation. Thus, the sponge has not evolved a specific response to this specialist predator, but rather relies on rapid regeneration and flexible allocation of constitutive defences.

Sponges (phylum Porifera) constantly interact with microbes from the water column while filter-feeding and with the symbiotic partners they harbor within their mesohyl. Despite early observations on differential uptake between symbiont and seawater bacteria, it is still poorly understood how sponges discriminate between different microbial consortia. Initial evidence of the diverse repertoire of sponge immune receptors suggests their involvement in specific microbial recognition, yet experimental data is still scarce. We characterized the transcriptomic response of two sponge species, Aplysina aerophoba and Dysidea avara, upon incubation with two different microbial consortia, which were either enriched from ambient seawater or extracted from A. aerophoba. The sponges were sampled after 1 h, 3 h, and 5 h for RNA-Seq differential gene expression analysis. D. avara showed higher expression levels of genes related to immunity, ubiquitination, and signaling when incubated with A. aerophoba symbionts, than in incubations with seawater microbial consortia. Interestingly, the different bacteria consortia triggered changes in Nucleotide Oligomerization Domain (NOD)-Like Receptors (NLRs) gene expression in D. avara. We here provide the first experimental evidence for NLRs playing a role in distinguishing between different microbes in a sponge. In contrast, the response of A. aerophoba involved comparatively few genes and lacked genes encoding for immune receptors. This indicates that A. aerophoba is less responsive to microbial encounters than D. avara. Our study further reveals different transcriptomic responses between the two sponge species to microbes. The study of sponge responses to microbes aids in understanding the evolution of immune specificity and animal-microbe interactions.

Phages are increasingly recognized as important members of host associated microbial communities. While recent studies have revealed vast genomic diversity in the virosphere, the new frontier is to understand how newly discovered phages may affect higher order processes, such as in the context of host-microbe interactions. Here, we aim to understand the tripartite interplay between phages, bacterial symbionts and marine sponges. In a viromics approach, we discover 491 novel viral clusters and show that sponges, as filter-feeding organisms, are distinct viral niches. By using a nested sampling design, we show that each sponge individual of the four species investigated harbours its own unique virome, regardless of the tissue investigated. We further discover a novel, symbiont phage-encoded ankyrin domain-containing protein which appears to be widely spread in phages of many host-associated contexts including human. The ankyrin protein (ANKp) modulates the eukaryotic immune response against bacteria as confirmed in macrophage infection assays. We predict that the role of ANKp in nature is to facilitate co-existence in the tripartite interplay between phages, symbionts and sponges and possibly in many other host-microbe associations.