Symbiotisk plankton:udbydere eller parasitter?

Ude på havet, en videnskabsmand holder en planktonprøve op til lyset og observerer det flimrende indhold. Dette funklende skue er forårsaget af tusindvis af mikroskopiske organismer, der lever ved havoverfladen, deres indviklede, krystallinske skeletter, der brydes og reflekterer sollys.

Disse organismer, en type plankton kaldet acantharians, er meget rigeligt i alle verdenshavene og er vigtige genbrugere af kulstof og andre næringsstoffer i det marine økosystem.

Acantharians er svære at studere. De vokser ikke i laboratoriet og er så sarte og skrøbelige, at de ofte ødelægges under prøvetagning. Og da de er for små til at kunne ses med det blotte øje, de tiltrækker mindre interesse fra forskere end som andre marine organismer, såsom koraller, der bygger rev. Men Margaret Brisbin, en ph.d. studerende i Marine Biophysics Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), mener, at disse organismer er værd at se nærmere på.

Det måske mest interessante ved akantharer er deres symbiotiske forhold til de fotosyntetiske alger, der lever inde i dem. Algerne hjælper planktonet ved at forsyne dem med organisk kulstof, giver dem mulighed for at leve i miljøer med lavt næringsstof, hvor mange andre organismer ikke kan overleve.

Disse små planktoniske værter og deres algepartnere kan have en stor rolle at spille i at fjerne kuldioxid fra atmosfæren. Symbiotiske alger fikserer kuldioxid i høj hastighed under fotosyntesen, men når deres værter dør, bærer deres tunge strontiumskeletter dem til bunden af ​​havet, låser kulstof væk dybt under overfladen og holder det ude af atmosfæren. "I vores nutid, kulstofberiget atmosfære, det er at foretrække, på en måde, at have hurtigt synkende fotosynteseapparater, " forklarer Brisbin.

Men hvad, hvis noget, algevinsten fra denne symbiose er ikke klar. Nogle biologer mener, at forholdet mellem de planktoniske værter og symbiotiske alger er omvendt parasitisme – en slags slaveri, hvor værterne udnytter algerne. Imidlertid, Brisbin mener, at der kan være mere i historien.

"Jeg er interesseret i at finde ud af, om algerne får noget ud af forholdet, eller hvis de bare bliver dyrket af planktonet og fordøjet senere, " hun siger.

Brisbin og kolleger indsamlede prøver af havvand fyldt med det lille plankton under en månedlang forskningsrejse i Det Østkinesiske Hav. De filtrerede havvand gennem et planktonnet for at opsamle akantharer, derefter overført hver enkelt værtscelle til en separat skål, en efter en, ved hjælp af en glasmikropipette. De opbevarede også nogle havvandsprøver fra hvert sted, så de kunne sammenligne de fritlevende alger i vandet med algerne fundet inde i planktonværterne.

Næste, de lavede en genetisk analyse af organismerne, ekstrahering af RNA fra individuelle værtsceller og sekventering af et markørgen med støtte fra OIST's Sequencing Section for at bestemme antallet af forskellige algetyper inden for hver enkelt acantharian vært. De fandt ud af, at hver vært indeholder et mangfoldigt samfund af symbiotiske alger, tyder på, at planktonværterne samler alger flere gange i løbet af deres levetid. Deres resultater er tilgængelige som et fortryk på bioRxiv.

Forskerne opdagede også, at de genetiske sekvenser af alger inde i planktonværterne adskilte sig væsentligt fra algernes i havvandet taget fra, hvor planktonet blev fundet, hvilket betyder, at de to populationer indeholder forskellige typer alger. Dette indebærer, at planktonet enten vælger, hvilke specifikke alger de vil optage, eller at de symbiotiske alger forbliver inde i dem i længere tid ad gangen.

Konfokal fluorescensmikroskopi på akantharernes fordøjelsesorganeller afslørede, at organismerne ikke fordøjede algerne. Dette er i overensstemmelse med ideen om, at algerne bliver vedligeholdt af deres værter over tid.

Et længere ophold i planktonværterne kan beskytte alger mod at blive spist af andre organismer eller beskytte dem mod virusinfektion. Yderligere undersøgelser skal undersøge, om algerne virkelig høster fordele af symbiosen, men forskerne konkluderede, at det i det mindste er muligt, at dette forhold er gensidigt, snarere end udnyttende, som tidligere foreslået.