Hvert (femte) åndedrag vi tager - venner af planteplankton og hvorfor de betyder noget

I verdenshavene, mikrober fanger solenergi, katalysere vigtige biogeokemiske transformationer af vigtige elementer, producere og forbruge drivhusgasser, og omfatter bunden af ​​det marine fødenet. Mikrobielle økologer, der arbejder i Sonya Dyhrmans laboratorium ved Lamont-Doherty Earth Observatory, stræber efter at forstå oceanernes økosystemprocesser ved at studere en lang række skabninger, de fleste er for små til at det menneskelige øje kan se. Disse er de små mikrober kaldet fytoplankton, der lever under havets overflade, indtagelse af kuldioxid, sollys og næringsstoffer til at producere ilt. At ilt er afgørende for menneskelig overlevelse.

"Et af vores laboratoriums mottoer er 'tag vejret, tak for et planteplankton, " sagde forsker Matthew Harke. Kiselalger, en type mikroskopisk planteplankton, anslås at producere en femtedel af den ilt, vi indånder.

"Den usete mikrobielle verden understøtter fiskeriet, klima, og selve funktionen af ​​havets økosystemer, og vi vil gerne vide, hvordan disse økosystemer vil ændre sig i fremtiden, "forklarer Dyhrman.

Blandt de spørgsmål, der driver Dyhrmans team, er:hvordan overlever og trives disse altafgørende kiselalger under vanskelige forhold? En ny undersøgelse forfattet af Harke og medlemmer af Dyhrman-teamet offentliggjort i dag i ISME kaster lys.

"Baseret på denne seneste forskning, vi skal nok ændre vores lab -motto til at 'tage vejret, tak til et planteplankton og deres venner, sagde Harke. Hans opdagelse kendetegner et symbiotisk forhold mellem kiselalger og bakterier. "Vi havde en fornemmelse af, at dette venlige forhold var afgørende for kiselalderens succes, men deres forhold var stort set ukarakteriseret, sagde Harke.

Harke og holdets forskning beskriver en funktion, der ligner den menneskelige fordøjelse.

"Vi ved, at det menneskelige mikrobiom er kritisk vigtigt for vores helbred - vi kunne ikke fordøje vores frokoster uden de mange nyttige bakterier, der lever med os! Med min forskning, vi viser, at planteplankton også er afhængig af nyttige bakterielle partnerskaber, sagde Harke.

De mikroskopiske organismer, som holdet var interesseret i, omfattede en kiselalger og dens symbiotiske nitrogenfikserende cyanobakteriepartner. Fordi disse organismer er meget vanskelige at dyrke i laboratoriet, Dyhrman-holdet måtte sejle til midten af ​​Stillehavet, hundreder af miles ud for Hawaiis kyst, at finde dem. Dette er et stort havområde fanget af strømme kendt som North Pacific Subtropical Gyre (NPSG). Dette afsatte vand danner et økosystem, der har en tendens til at være lav i ressourcer, såsom nitrogen og fosfor. Det er en slags havørken sammenlignet med kystnære økosystemer, der er rige på næringsstoffer. Her, Dyhrman-laboratoriet har deltaget i en løbende, samarbejdsindsats kendt som Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology, eller OMFANG. Studiet, finansieret af en multi-million-dollar bevilling ydet af Simons Foundation, engagerer videnskabelige partnere over hele verden. Holdet sigtede gennem tusindvis af liter havvand, som de indsamlede over fire dage i juli 2015.

"Fordi de er mikroskopiske, vi brugte molekylære værktøjer til at udforske disse interaktioner. Fra det filtrerede vand, vi sekventerede alle de gener, der blev tændt og slukket af dette partnerskab, og brugte supercomputere til at rekonstruere, hvordan deres metabolisme var sammenflettet i løbet af dag-nat-cykler, " forklarede Harke.

Vigtigt, forskningen tyder på, at disse "venner" kan hjælpe kiselalger med at overleve de barske forhold i de åbne oceaner, hvor plantenæringsstoffer er knappe. For eksempel, forskningen oplevede delte genekspressionsmønstre, der tyder på deling af ressourcer, der er nødvendige for vækst. Kiselalgerens "ven" i dette partnerskab er i stand til at fange nitrogengas og omdanne den til en brugbar form, fodring af kiselalderen tiltrængt nitrogen i bytte for beskyttelse (kiselalger har en glaslignende skal) og kulstof. Forskningen fandt også genetisk bevis for, hvordan de to organismer forbliver sammen og formerer sig.

"Med denne undersøgelse, vi har givet et nyt syn på, hvordan dette partnerskab fungerer, give indsigt i en baseline, som vi bliver nødt til at studere for at forudsige, hvad vi kan forvente i et fremtidigt hav, " sagde Harke. NPSG er et af de største biomer på Jorden. "Efterhånden som klimaet fortsætter med at ændre sig, disse oligotrofe [næringssultede] oceaner forventes at udvide sig, vil sandsynligvis gøre disse partnerskaber vigtigere."