Forskere begynder at låse op for hemmeligheder af dyb havfarve fra organisk materiale

Omkring halvdelen af ​​atmosfærisk kuldioxid er fikseret af havets fytoplankton, hovedsageligt picocyanobakterier, gennem en proces kaldet fotosyntese. Picocyanobakterier er små, encellede mikroorganismer, der er rigelige og bredt udbredt i ferskvands- og havmiljøer. En stor del af biologisk fikseret kulstof dannes af picocyanobakterier ved havoverfladen og transporteres derefter til det dybe hav. Men det, der forbliver et mysterium, er, hvordan farvet opløst organisk stof, der stammer fra planteaffald (enten på land eller til vands), når det ud i det dybe hav. Et team af forskere fra University of Maryland Center for Environmental Science (UMCES) og rundt om i verden fandt potentielt en levedygtig marin kilde til dette farvede materiale.

"Vi er stadig i begyndelsen af ​​at forstå det marine kulstofkredsløb, " sagde Michael Gonsior, en kemiker ved University of Maryland Center for Environmental Science. "Indtil videre er kilderne til specifikke kemikalier i havet ikke veldefinerede, fordi det er et så stort og komplekst system. Så ethvert skridt fremad for at skille kompleksiteten ad gør dette til et værdifuldt bidrag."

I det dybe hav, opløst organisk materiale viser et fluorescenssignal, der ligner det, du ville se i en flod eller å. Det er traditionelt blevet kaldt humuslignende fluorescens, forudsat at det kommer fra nedbrydende træer og andet terrestrisk organisk materiale. Mange videnskabsmænd har antaget, at dette materiale, der findes i det dybe hav, er resterne fra floder og vandløb rundt om i verden, der fører det fra landet og ud i havet. Imidlertid, beviser vokser, at der er marine kilder til dette materiale, hvilket meget vel kan forklare størstedelen af ​​dette farvede materiale, der findes i det dybe hav.

UMCES-forskerne Michael Gonsior og Feng Chen tog det første skridt i at karakterisere organisk stof frigivet fra marine picocyanobakterier. "Vores oprindelige plan var at forstå skæbnen for organisk kulstof frigivet fra viral lysis af picocyanobakterier," sagde Feng Chen.

For første gang, forskere har vist, at dyrkede picocyanobakterier, Synechococcus og Prochlorococcus , fundet i det åbne hav frigiver fluorescerende komponenter, der nøje matcher disse typiske fluorescerende signaler, der findes i oceaniske miljøer.

"Forskere har aldrig set nærmere på picocyanobakterier som en kilde til specifikke forbindelser i havet før, " sagde Gonsior. "Hvis vi kan forstå, hvad kilderne er, kan vi bedre udlede, hvad der sker i form af nogle elementer i det marine kulstofkredsløb."

Hvis havets opvarmning fortsætter, det forudsiges, at picocyanobakterier, som foretrækker høje temperaturer, vil blive mere rigeligt og kunne stige med 10 til 20 procent i slutningen af ​​århundredet, sagde Chen. "Disse fyre er meget vigtige, " han tilføjede.

"To slægter af picocyanobakterier - Synechococus og Prochlorocccos -er de mest udbredte kulstoffiksere i havet." sagde Chen. Hans laboratorium vedligeholder en samling af marine cyanobakterier og cyanovira. Nogle af disse isolater blev brugt i denne undersøgelse.

"Når du sejler på det blå hav, en masse picocyanbakterier arbejder der, "sagde Gonsior." De omdanner kuldioxid til organisk kulstof og er sandsynligvis ansvarlige for nogle af de dybe havfarver, der kommer fra organisk stof."

Gonsior og Chen så på stammen af Synechococus og faldt over opdagelsen. Chen, en molekylærbiolog, og Gonsior, en kemiker, planlagde at måle skæbnen for opløst organisk stof ved at undersøge den molekylære sammensætning ved hjælp af state-of-the-art massespektrometri udført i samarbejde med professor Philippe Schmitt-Kopplin ved Helmholtz Center for Environmental Health i München, Tyskland. Mange biologiske forbindelser gløder, når de ophidses med lys. Gonsior besluttede at lave optiske analyser, der målte absorbans og fluorescens, den slags, han rutinemæssigt gør på vandprøver i sit laboratorium.

"Da jeg så de første fluorescensmålinger af disse prøver, det var meget tydeligt, hvad der foregik. Vi fandt ud af, at de picocyanobakterier frigav fluorescerende organisk materiale, som efterligner det, vi ser i både det dybe hav, men også i floder og vandløb, " sagde Gonsior. "Mange mennesker havde været på jagt efter kilder til dette gulfarvede materiale, og vi har identificeret en levedygtig kilde til marint fluorescerende opløst organisk stof, der kan forklare de signaler, der observeres i de dybe globale oceaner."

"For mig er dette spændende, fordi du har så rigelige fotosyntetiske cyanobakterier i havet, " sagde Feng Chen. "Vi har vidst det i lang tid, men ingen skabte en forbindelse mellem picocyanobakterier og fluorescerende opløst organisk materiale." tilføjede han.

Studiet, "Picocyanobakterier og dybhavsfluorescerende opløst organisk materiale deler lignende optiske egenskaber" udkom i 17. maj-udgaven af Naturkommunikation .