Когда фитопланктон использует углекислый газ для создания новых клеток, значительная часть этого клеточного материала выбрасывается в море в виде скопления съедобных молекул, вместе называемых «растворенным органическим углеродом». Большинство этих молекул в конечном итоге съедаются микроскопическими морскими бактериями, используются для получения энергии и перерабатываются обратно в углекислый газ, когда бактерии выдыхают. Количество углерода, которое остается в клеточном материале, определяет роль, которую биология океана играет в удержании атмосферного углекислого газа в океане.
Таким образом, эти «перерабатывающие» бактерии играют важную роль в регулировании того, сколько углекислого газа на планете хранится в океанах. Подробные механизмы того, как океаны вносят вклад в этот глобальный углеродный цикл в микроскопическом масштабе, и какие микробы играют ведущую роль в процессе разрушения, представляют собой сложные и запутанные проблемы, которые необходимо решить.В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые Скриппса определили бактерию, которая играет доминирующую роль в потреблении углерода. Байрон Педлер из Скриппса, Лихини Алувихаре и Фарук Азам обнаружили, что одна бактерия под названием Alteromonas может потреблять столько же растворенного органического углерода, сколько разнообразное сообщество организмов.
«Это был удивительный результат», — сказал Педлер. «Поскольку этот пул углерода состоит из чрезвычайно разнообразного набора молекул, мы полагали, что для разложения этого материала потребуется много разных микробов с дополнительными способностями, но похоже, что отдельные виды могут тянуть больше веса, чем другие, когда дело доходит до круговорот углерода ".Педлер, аспирант по морской биологии в Скриппсе, в течение нескольких лет работал с морским микробиологом Скриппса Азамом и химическим океанографом Алувихаром над разработкой системы, которая могла бы точно измерять потребление углерода отдельными видами бактерий. Поскольку углерод в органическом веществе находится практически повсюду вокруг нас, самой сложной частью проведения этих экспериментов является предотвращение загрязнения.«Большая часть круговорота углерода в океане происходит незаметно для невооруженного глаза и включает в себя сложное сочетание процессов, в которых участвуют микробы и молекулы», — сказал Азам, выдающийся профессор морской микробиологии. «Сложность и проблема заключается не только в том, что мы этого не видим, но и в том, что задействовано огромное количество различных молекул.
Последствия этих микробных взаимодействий критически важны для глобального углеродного цикла и для нас».Демонстрируя, что ключевые отдельные виды в экосистеме могут играть непропорционально большую роль в круговороте углерода, это исследование помогает нам еще на шаг приблизиться к пониманию функции, которую эти микробы играют в более крупных вопросах потепления климата и повышения кислотности океана.«Чтобы предсказать, как экосистемы отреагируют на нагревание планеты или закисление океана, нам сначала нужно понять механизмы повседневного круговорота углерода — кто в этом участвует и как они это делают?» — сказал Коробейник. «Теперь, когда у нас есть этот модельный организм, который, как мы знаем, участвует в круговороте углерода в океане, и модельная экспериментальная система для изучения этого процесса, мы можем продолжить исследование, чтобы понять биохимические и генетические требования для разрушения этого углеродного пула в океане».Хотя новое открытие раскрывает неожиданную способность значительных видов к круговороту углерода, ученые говорят, что в этой истории есть гораздо больше, поскольку целые сообщества микробов могут взаимодействовать вместе или жить симбиотически в микроскопических экосистемах моря.
Педлер, Алувихаре и Азам сейчас разрабатывают эксперименты, чтобы проверить другие микробы и их индивидуальные способности потреблять углерод.Исследование было поддержано Инициативой по морской микробиологии Фонда Гордона и Бетти Мур посредством гранта GBMF2758 и Национального научного фонда.