Marin planteplankton klarer sig med lidt hjælp fra sine bakterievenner

Et planteplankton, der er næsten lige så gammelt som Jorden – omkring 3 milliarder år sammenlignet med planetens 4,5 milliarder år – rummer stadig hemmeligheder, herunder hvordan det kan overleve sult i de mest næringsstoffattige have. Synechococcus er den mest geografisk forskelligartede af tre planteplanktonarter, der bidrager til en fjerdedel af havenes primærproduktion og optræder i både kolde polare farvande og varme tropiske have.

Nu kan forskere fra Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), Chinese Academy of Sciences (CAS), have opdaget, hvem de skal takke for fytoplanktonets vedvarende eksistens:heterotrofe bakterier.

I en række flerårige eksperimenter fandt holdet ud af, at Synechococcus og de bakterier, der lever af dem, kan have en iboende tendens til gensidighed og vil gennemgå væsentlige ændringer for at opmuntre hinandens overlevelse. Havalgen Synechococcus og dens tilhørende heterotrofe bakteriesamfund har et uadskilleligt tæt forhold.

Deres resultater blev offentliggjort den 30. september i Science Advances .

Tidligere undersøgelser inkluderer en, hvor fytoplanktonet og dets bakteriesamfund trivedes i mere end to år uden nogen ekstern næringsstofstøtte. Ifølge prof. Zhang Yongyu fra QIBEBT antyder disse resultater mikrobielle interaktioner, der kan opretholde langsigtet Synechococcus-vækst, men kun under kontrollerede og konsistente eksperimentelle omstændigheder.

Men i modsætning til laboratoriekultursystemer er havet ikke statisk og oplever ændringer i miljøfaktorer, herunder næringsstoffer. "Denne undersøgelse blev udført for at forstå, hvordan ændringer i miljøfaktorer, såsom tilgængeligheden af ​​eksterne næringsstoffer, vil påvirke det gensidige forhold mellem Synechococcus og heterotrofe bakteriesamfund," sagde den tilsvarende forfatter Prof. Zhang.

I lighed med ændringen i havmiljøet leverede forskerne sterile uorganiske næringsstoffer til den etablerede mutualistiske samkultur af Synechococcus og et forskelligartet bakteriesamfund fra deres tidligere undersøgelse. Det to-årige stabile og gensidigt gavnlige forhold kneb, men gik ikke i stykker.

"Vores resultater tyder på, at tilgængeligheden af ​​eksterne næringskilder forstyrrer den etablerede gensidighed, hvilket fører til sammenbruddet af Synechococcus sundhed," sagde medforfatter Shailesh Nair, postdoc ved QIBEBT. "Men når de eksterne næringsstoffer var opbrugt, genskabte Synechococcus og heterotrofe bakterier gradvist deres metaboliske gensidighed i løbet af de næste 450 dage under langsigtet sameksistens, der genoplivede Synechococcus sundhed."

Gennem genetisk analyse og sporing af nitrogenet i systemet fastslog forskerne, at bakterierne lettede nitrogenfiksering og omdannede nitrogen til brug ved opdrift af fytoplanktonet, hvilket udløste den genetablerede gensidighed.

"Under processen gennemgik bakteriesamfundets struktur og funktioner enorme justeringer for at opnå den drivende effekt, og bakteriernes samgenerering af nitrogen, fosfor, jern og vitamin B12 fastholdt Synechococcus's langvarige sunde vækst," siger medforfatter Zhang Zenghu, lektor ved QIBEBT.

Disse resultater tyder på, at Synechococcus og heterotrofe bakterier kan have en iboende tendens til gensidighed, som kan genetableres efter miljøpåvirkning. Denne naturlige, tilbagevendende egenskab af Synechococcus og heterotrofe bakterier kan udvise deres co-evolutionære tilpasninger i miljøer med mangel på næringsstoffer for at overleve.

Mens forskerne sagde, at de mener, at denne undersøgelse besvarede det mangeårige spørgsmål om ihærdigheden af ​​Synechococcus, har de nu flere spørgsmål, de planlægger at besvare.

"Gælder dette iboende mutualistiske forhold også andre alger?" spurgte Zhang Yongyu. "Kan vi sætte skub i algevæksten ved kunstigt at opbygge algevenlige mikrobielle samfund? Den potentielle regulering af alge-bakterie-interaktioner kan tilbyde en ny måde at øge alge-drevet marin kulstofbinding." + Udforsk yderligere

Undersøgelse af de symbiotiske forhold, der kan udløse skadelig algeopblomstring