I 2100, klimaændringer kan ændre vigtige mikrobielle interaktioner i havet

Havet absorberer hurtigt kuldioxid, der udsendes i atmosfæren ved afbrænding af fossilt brændstof og andre menneskelige aktiviteter, resulterer i varmere og mere surt vand. Ifølge en ny undersøgelse, disse forhold kan også ændre adfærden hos små marine organismer, der er afgørende for havets sundhed.

Forskere ved Lamont-Doherty Earth Observatory og deres kolleger fandt, at stigende kuldioxidniveauer påvirker aktiviteten af ​​to havlevende mikrober, Prochlorococcus og Alteromonas, bryde deres nyttige partnerskab. Sådanne ændringer i interspecies interaktioner kan påvirke den overordnede struktur og funktion af et økosystem. Fundet er afgørende for at kunne forudsige mere præcist, hvordan klimaforandringer vil ændre havet.

"Dette er et gennembrud, der vil hjælpe forskere til at gøre et bedre stykke arbejde med at modellere fremtidens havøkosystem, "sagde Gwenn Hennon, en postdoktoral forsker fra Lamont-Doherty og hovedforfatter af papiret, som blev offentliggjort tirsdag i ISME Journal .

Undersøgelsen bygger på 2015 -arbejde af Dutkiewicz et al., der konkluderede, at store dele af havet, hvor Prochlorococcus nu dominerer, kan ændre sig dramatisk på grund af høje kuldioxidniveauer og forsuring af havet; Hennons fund afslører en af ​​de potentielle årsager til det.

"Det, der er påfaldende ved Gwenns undersøgelse, er, at det er første gang, vi har været i stand til mekanisk at vise, hvordan forhøjet kuldioxid påvirker forholdet mellem disse mikrober, "sagde Sonya Dyhrman, en Lamont-Doherty mikrobiel oceanograf og medforfatter til Hennons papir. "Vi ved, at Prochlorococcus har brug for hjælperbakterier, eller det vokser ikke godt, men nu kan vi se, hvordan dette partnerskab bryder sammen i fremtidige havforhold. "

Prochlorococcus er den mindste og mest rigelige fotosyntetiske organisme på planeten:omkring en million celler passer i en teskefuld havvand. Selvom mikroberne er små, de har en stor rolle i opretholdelsen af ​​sundhed og produktivitet i det globale hav. Prochlorococcus danner grundlaget for det marine fødevæv, tjener som en vigtig fødekilde for lidt større encellede organismer, som indtages af arter i højere trofiske niveauer. Mikroen har også en afgørende rolle i den globale kulstofcyklus, hjælper med at regulere Jordens klima ved at fange kuldioxid, flytte det gennem madwebben, og ned i det dybe hav.

Prochlorococcus er i stand til at trives under de næringsfattige forhold, der findes i de store områder af det åbne hav på grund af mikrobielle hjælpere som Alteromonas, som tager sig af nogle aktiviteter, kan lille Prochlorococcus ikke udføre alene.

For bedre at forstå partnerskabet mellem Prochlorococcus og Alteromonas, Hennon og hendes kolleger voksede mikroberne sammen i laboratoriet under koncentrationen af ​​kuldioxid i atmosfæren i dag, 400 dele pr. Million. De fandt, at mikroberne eksisterede på samme måde som de gør i havets overfladeniveau. Alteromonas satte Prochlorococcus i stand til at blomstre ved at rydde op i overskydende hydrogenperoxid, en "fri radikal, "eller ustabilt molekyle, der forårsager celleskade. Prochlorococcus mangler genkatalasen, et enzym, der ødelægger den giftige ophobning af hydrogenperoxid, så det er afhængigt af bakterier som Alteromonas for at udføre denne service.

Forskerne brugte derefter deres blomstrende mikrobielle samfund til at undersøge, hvordan organismerne ville interagere i en kuldioxid-verden med mere sure oceaner. Da Prochlorococcus og Alteromonas blev dyrket under 800 dele pr. Million - mængden af ​​kuldioxid, der forventes at være i atmosfæren i 2100 - havde Prochlorococcus en større dødelighed og syntes at have flere frie radikaler. Men overraskelsen var, hvordan Alteromonas opførte sig over for Prochlorococcus.

"Under højere niveauer af kuldioxid, Alteromonas leverer ikke det samme niveau af økosystemtjenester. Det begynder at have et mere antagonistisk forhold til Prochlorococcus, "Sagde Hennon.

Hennon og hendes kolleger sporede genekspression og andre aktiviteter for at undersøge, hvad der ændrede sig for mikroberne vokset med 800 dele pr. Million. De fandt ud af, at Alteromonas skruer ned for sit katalase "hjælper" -gen og på samme tid, slår et gen op, der øger de frie radikaler, der omgiver det. Prochlorococcus er ikke i stand til at slippe af med toksinerne, hvilket lægger stress på cellerne. Hennon siger, at Alteromonas også kan fremskynde bortfaldet af Prochlorococcus ved at bevæge sig mod organismerne, når de begynder at dø og forbruge deres desintegrerende dele.

Dyhrman sagde, at det var bekymrende at finde ud af, at Alteromonas vender ryggen til Prochlorococcus.

"Hvis ingen andre bakterier træder op og fylder det vigtige, Alteromonas nyttige rolle, denne ændring i interaktion kan have en dybtgående effekt på Prochlorococcus -vækst, overflod, og aktiviteter i det fremtidige hav, "sagde hun." Når du taler om en organisme, der dominerer det globale hav, det er en væsentlig ændring for økosystemet. "

Der er en opadrettet glimt af fremtiden fra denne undersøgelse. Efterhånden som forskere forbedrer deres viden om interspecies interaktioner i havet, de vil være bedre rustet til at forudsige, hvordan havet vil se ud i slutningen af ​​århundredet.

"Denne undersøgelse er virkelig et vågnopkald, "Hennon sagde." Vi skal gøre et bedre stykke arbejde med at inkludere oplysninger som denne i modeller for at forstå, hvordan den globale kulstofcyklus, havøkosystemer, og fiskeri kan ændre sig i fremtiden. Hvis vi ikke gør dette arbejde nu, vi vil forblændes i fremtiden af ​​disse økologiske ændringer. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.