Broget hold af bakterier renser vandet på den enorme oceaniske Georgia Aquarium-udstilling

Havdyr skal på toilettet, også, og i akvarier, der skaber opgaven med at rense vandet for affald som ammoniak, nitritter og nitrater. Gode ​​bakterier nedbryder nitrogenforbindelser på Georgia Aquarium, og i en ny undersøgelse, nogle bakteriesamfund der efterlignede dem, der findes naturligt i havene, overraskende godt.

"Det var fænomenalt. Jeg havde ikke forventet det her, " sagde Frank Stewart, hovedefterforsker af undersøgelsen ledet af Georgia Institute of Technology. "De mikrobielle samfund er frøet fra mikrober, der kommer fra dyrene og deres mad i et akvarium, der ikke tappes i havet. Men disse lignede naturlige marine mikrobielle samfund."

Det er glade nyheder for de tusinder af havfauna, herunder hvalhajer, manta rokker og en havskildpadde ved navn "Tank, "der bor i Georgia Aquariums Ocean Voyager, den største indendørs oceaniske udstilling i USA med næsten 24 millioner liter (6,3 millioner gallons) konstitueret havvand. Forskerne analyserede to bakteriesamfund i udstillingen over tid og fandt ud af, at nogle samfund udfører et bedre oprydningsarbejde end andre.

'Rigtig game changer'

"Bakterieanalysen har været en reel game changer for Georgia Aquarium, sagde Eric Hall, som samarbejdede om forskningen og er Senior Director for Life Support Systems and Water Quality for akvariet. "Vi har nu en meget bedre forståelse af, hvordan dette gavnlige bakterielle mikrosamfund ser ud, der lever i habitatvandet og i vores filtre."

Forskerne vil gerne have deres fortsatte arbejde med at hjælpe akvarieoperatører overalt med at optimere bakteriekolonier for maksimal vandrensning. Georgia Tech og Georgia Aquarium, en non-profit sølivsorganisation, offentliggjort deres analyse i tidsskriftet Anvendt og miljømæssig mikrobiologi på fredag, 29. september, 2018.

Første forfatter var Andrew Burns, en postdoc-forsker i Stewarts laboratorium. Forskningen blev finansieret af Simons Foundation, National Science Foundation, og Teasley Endowment.

Fisk poo være væk

For at holde dig frisk, Ocean Voyagers vand fosser gennem en række renseprocesser. I tanken, som i oceanerne, bakterier nedbryder ekskrementer, ammoniak og andet affald, så flyder akvarieudstillingens vand gennem filtre, der fjerner flere ting, inklusive nitritter.

Vandet strømmer også gennem specielle bakterielle reaktorer, og på det tidspunkt er den fri for det meste, undtagen nitrater, som kan blive giftige, hvis de får lov til at bygge op til høje koncentrationer. I reaktorerne, kolonier af bakterier, fokus for denne undersøgelse, nedbryde nitrater.

Reaktorerne, eller "puder, "har næsten ingen ilt og tilbyder bakterier svovl som mad. Så anaerobe bakterier samles der for at "spise" svovlen og "ånde" nitraterne op for at danne nitrogengas, som kan boble op til atmosfæren. Jordens atmosfære er naturligt omkring 78 procent nitrogen.

Broget bakteriel overraskelse

De bakterielle samfund, som forskerne stødte på i de to puder, de undersøgte, slog forventningerne til. For en, forskerne troede, at de kunne finde begge puder domineret af en ikonisk denitrificerende bakterie kaldet Thiobacillus denitrificans, som kan bruges til at håndsåe professionelle og hjemmeakvarier. Det gjorde de ikke.

"Det dukkede bestemt op i vores systemer, men generne for de værktøjer, som Thiobacillus denitrificans bærer til at udføre disse processer, var bredt fordelt blandt mange forskellige slags mikrober, " sagde Stewart, der er lektor ved Georgia Tech's School of Biological Sciences. "Diversitetsniveauerne var bare enestående."

Også, sammensætningen af ​​bakteriesamfund i de to puder var praktisk talt hinandens modsætninger.

"I en af ​​puderne fik vi en art til at blive omkring 90 procent af samfundet, " sagde Burns. Det var en stamme relateret til en art kaldet Thiobacillus thioparus. "Den anden pude havde et meget mere forskelligartet samfund med en masse forskellige arter og endda slægter." (Slægten er den taksonomiske kategori over arter.)

"Selv ser man på nogle af de vigtigste bidragydere, der var en slægt af Sulfurimonas (bakterier), og selv de havde et væld af forskellige arter, omkring 150 arter eller stammevarianter i stedet for f.eks. ti, som man kunne have forventet, " sagde Stewart.

Bakteriel NFL draft

Ligesom sportshold, de to bakteriesamfund samlede forskellige spillere. Et hold havde en stor stjernespiller, og det andet hold spredte de nødvendige færdigheder til alle de kemiske trin mere jævnt over hele holdet.

"Vi fandt ud af, at i mange af disse systemer vil en enkelt bakterie blive den vigtigste bidragyder, og at den vil udkonkurrere alle andre og blive størstedelen af ​​samfundet og klare det meste af stofskiftet, " sagde Burns. "I vores undersøgelse, denne pude viste sig at være bedre til denitrifikation."

Men det kunne virke den anden vej rundt, at bestemte blandede bakteriesamfund kan arbejde mere effektivt, Burns sagde, og endda i systemer, hvor én spiller er stjernen, variation kan tilføje styrke.

"Det kan give det bakterielle system en backup, " sagde Burns. "Hvis den kun var afhængig af én stor spiller, hvis der skete noget med det, hele systemet kan gå ned."

"Det, der virkelig er interessant, er, hvor mange af en bestemt art der findes i vores system, og især at finde ud af, hvad de laver, " sagde Hall. "Disse mikroskopiske væsner hænger ikke bare rundt, men gør faktisk gavnlige ting for vores vand, som vi ikke forstod dette grundigt før."

Det er for tidligt at komme med anbefalinger, men givet de første observationer, forskerne mener, at enhver, der forsøger at optimere bakterier til akvariet, ikke nødvendigvis behøver at smide én stor organisme ind i et system udefra. At lokke et fantastisk bakteriesamfund til at samle sig selv i stedet for kan maksimere rengøringskraften.