Små organismer med massiv påvirkning

Kiselalger er en meget almindelig gruppe af alger, der ikke kun findes i ferskvandsstrømme, floder og søer, men også i marine farvande. Disse encellede organismer er særligt udbredte i vandet i det sydlige ocean omkring Antarktis. I betragtning af en tilstrækkelig tilførsel af næringsstoffer og lys, kiselalger kan formere sig med en så eksplosiv kraft, at de skaber en alge-"opblomstring".

I løbet af deres hurtige vækstcyklus, kiselalger absorberer enorme mængder af sporstoffer og næringsstoffer fra overfladevandlaget, især silicium til at danne deres skaller, og zink, som spiller en afgørende fysiologisk rolle i deres udvikling. Den kraftige nedbrydning af næringsstoffer forårsaget af algblomstringen er mest fremtrædende i det øverste vandlag og påvirker kemien i mange af verdens store oceaner - et fænomen beskrevet af et team af forskere under ledelse af Derek Vance, Professor i geokemi og petrologi ved ETH Zürich, i en artikel offentliggjort for nylig i det akademiske tidsskrift Natur Geovidenskab .

Kiselalger indtager næringsstoffer

Forskere kan overvåge massernes reproduktion af disse organismer ved at undersøge dybdeprofilerne af zink og siliciumkoncentration i havets forskellige vand:profilerne er identiske for begge elementer, med en betydelig udtømning i den øverste kilometer af vandsøjlen. Konklusionen på undersøgelsen er, at dette er forårsaget af den biologiske aktivitet af kiselalger i overfladelaget omkring Antarktis, efterfulgt af transporten af ​​de resulterende næringsfattige vandmasser til andre dele af havet i strømme.

Udtømt for næringsstoffer, det øverste lag af vandet strømmer i retning mod Ækvator. Når den når en breddegrad på omkring 45-50 grader, det synker ned under et varmere overfladelag. Dette mellemlag strækker sig godt ind i de nordlige oceaner og blander sig ikke fuldstændigt med andre lag, og forbliver derfor udsultet af næringsstoffer.

Ikke alt overfladevand omkring Antarktis strømmer mod ækvator. Meget tæt på selve det antarktiske kontinent bliver overfladevand meget salt og tæt på grund af dannelsen af ​​havis. Dette tætte vand synker ned i afgrunden. De alger, der blomstrer i overfladen, ender ofte i en form for massedød, når alle næringsstoffer er opbrugt. Så synker de ned i dette dybe hav. Når de synker, bliver nogle kiselalger også "pakket" ind i partikler, der udskilles af små havdyr og, i havets dybder, cellerne nedbrydes og frigiver zink og silicium tilbage i havvandet. Dybe havstrømme, der bevæger sig nordpå, transporterer sporstofferne 5000 meter under overfladen. Dette gør det muligt for zink og silicium at genopbygge.

Bundvandet strømmer i en bred sløjfe i retning mod Ækvator og tilbage mod Antarktis, hvor den lodrette opsving transporterer de berigede næringsstoffer til vandets overflade med let oversvømmelse, gør det muligt for kiselalgene at begynde en ny reproduktionscyklus.

Modsigelse forklaret

Ideen om at koble kiselalgernes livscyklus med de dominerende strømme i det sydlige ocean giver også forskerne under ledelse af professor Vance mulighed for at løse det paradoks, at dybdeprofilerne for silicium og zink ligner hinanden, selvom de to stoffer er nødvendige for forskellige dele af cellerne.

Zink er nødvendig for enzymer i den organiske del af cellerne, mens silicium bruges til at danne den uorganiske skal. Den organiske del af diatomer forventes at nedbrydes tæt på vandoverfladen, og den uorganiske skal i de nederste vandlag. Dette skulle teoretisk give forskellige dybdeprofiler - men et sådant fænomen observeres ikke. Forskere mener, at det skyldes, at nedbrydningen af ​​de døde celler ikke sker i overfladevandet, men kun når disse celler er sunket til en medium dybde. På dette niveau, både de organiske og uorganiske komponenter nedbrydes, og de to sporstoffer frigives i samme vandmasse.

Præcis hvorfor kiselalger optager relativt store mængder zink, selvom de har brug for meget lidt, er endnu ikke klar, ifølge ETH-professoren. En mulig forklaring er, at organismerne har transportproteiner, der transporterer det essentielle næringsstof jern ind i cellen. Havvand indeholder meget lidt jern, imidlertid. "For at kunne optage så meget jern som muligt, disse transportproteiner er muligvis hyperaktive. Som en bivirkning, de optager også (ikke-specifikt) metalioner, der er dobbelt positivt ladede, inklusive zink, " forklarer professor Vance.

På en ekspedition for at indsamle kiselalger

For at teste denne hypotese, en af ​​Vances doktorander og to postdocs deltager i Swiss Polar Institute's nuværende Antarctic Circumpolar Expedition. De vil indsamle havvandsprøver og dyrke kiselalgene i vandet under forskellige næringsstofforhold i laboratoriet om bord. Forskerne vil befrugte nogle af kiselalgene med jern, for eksempel, for at undersøge, hvilken effekt dette sporstof har på cellevækst. Den kemiske analyse af skallen og cellerne vil først blive udført efter ekspeditionen, tilbage på ETH Zürich, da der er brug for et særligt massespektrometer til at måle de ekstremt små mængder sporstoffer i kiselalgerskallerne.

At forstå, hvordan kiselalger påvirker næringsstofkredsløbene i verdenshavene, hjælper forskerne med at vurdere de potentielle konsekvenser af klimaændringer. "Hvis den globale opvarmning får temperaturen til at stige eller saltindholdet i havvandet til at falde, havstrømmene og fordelingen af ​​sporstoffer og næringsstoffer kan også ændre sig, hvilket igen ville påvirke kiselalger og deres biologiske aktivitet," understreger professor Vance.