Enklere end forventet:Et mikrobielt samfund med lille mangfoldighed renser algeblomster

Alger optager kuldioxid (CO ₂ ) fra atmosfæren og omdanne kulstoffet til biomasse, mens ilt frigives tilbage til atmosfæren. Hurtig algevækst under fytoplanktonopblomstring fører til en massiv overførsel af kuldioxid til algebiomasse. Men hvad sker der så med kulstoffet?

"Når algerne dør, kulstoffet remineraliseres af mikroorganismer, der forbruger deres biomasse. Det returneres således til atmosfæren som kuldioxid. Alternativt hvis de døde alger synker til havbunden, det organiske stof er begravet i sedimentet, potentielt i meget lang tid, " forklarer førsteforfatter Karen Krüger fra Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen. "Processerne bag remineraliseringen af ​​algekulstof er stadig ikke fuldt ud forstået."

Dermed, Krüger og hendes kolleger undersøgte mikroorganismer under forårets algeopblomstring i den sydlige Nordsø, på øen Helgoland. De så specifikt på den bakterielle brug af polysaccharider - sukkerarter, der udgør en væsentlig del af algebiomassen. Sammen med kolleger fra Max Planck Institute, University of Greifswald og DOE Joint Genome Institute i Californien, Krüger udførte en målrettet metagenomisk analyse af bakteriernes bakteriefyl, da disse er kendt for at indtage mange polysaccharider. I detaljer, forskerne så på genklynger kaldet polysaccharide utilisation loci (PUL'er), som har vist sig at være specifikke for et bestemt polysaccharidsubstrat. Hvis en bakterie indeholder en specifik PUL, hvilket indikerer, at den lever af det tilsvarende algesukker.

Lav PUL-diversitet

"I modsætning til hvad vi forventede, mangfoldigheden af ​​vigtige PUL'er var relativt lav, "siger Krüger. Kun fem store polysaccharidklasser blev regelmæssigt målrettet af flere bakteriearter, nemlig beta-glucaner (såsom laminarin, den vigtigste kiselalgeroplagringsforbindelse), alfa-glucaner (såsom stivelse og glykogen, også alge- og bakterielagringsforbindelser), mannaner og xylaner (typisk algecellevægskomponenter), og alginater (mest kendt som slimede ting produceret af brune makroalger). Af disse fem substrater, kun to (alfa- og beta-glucaner) udgør størstedelen af ​​substraterne til rådighed for bakterierne under et planteplanktonblomstring. Dette indebærer, at de vigtigste polysaccharidsubstrater, der frigives af uddøende alger, består af et ret lille sæt basiskomponenter.

"I betragtning af, hvad vi ved om alge- og bakterieartsdiversitet, og den enorme potentielle kompleksitet af polysaccharider, det kom ikke som en lille overraskelse at se et så begrænset spektrum af PUL'er, og kun i et relativt lille antal bakterielle klader, " medforfatter Ben Francis fra Max Planck Institute for Marine Microbiology opsummerer i en ledsagende kommentar. "Dette var især uventet, fordi tidligere undersøgelser antydede noget andet. En analyse af mere end 50 bakterieisolater – dvs. bakterier, der kan dyrkes i laboratoriet - som vores arbejdsgruppe udførte i samme prøveudtagningsområde afslørede en meget bredere mangfoldighed af PUL'er, "tilføjer han.

Tidsmæssig rækkefølge af polysaccharidnedbrydning

I løbet af algblomstringen, forskerne observerede et tydeligt mønster:I tidlige blomstringsfaser, færre og enklere polysaccharider dominerede, mens mere komplekse polysaccharider blev tilgængelige efterhånden som blomstringen skred frem. Dette kan skyldes to faktorer, Francis forklarer:"Først, bakterier vil generelt foretrække let nedbrydelige substrater såsom simple lagerglykaner frem for biokemisk mere krævende. Sekund, mere komplekse polysaccharider bliver mere og mere tilgængelige i løbet af blomstringen, når flere og flere alger dør. "

Denne undersøgelse giver hidtil uset indsigt i dynamikken i en fytoplanktonopblomstring og dens hovedpersoner. En grundlæggende forståelse af hovedparten af ​​glycan-medieret kulstofstrøm under fytoplanktonblomstring er nu inden for rækkevidde. "Næste, vi ønsker at grave dybere ned i processer, der ligger til grund for den observerede dynamik, " siger Krüger. "Desuden, det vil være interessant at undersøge polysaccharidnedbrydning i levesteder med andre kulstofkilder, såsom det arktiske hav eller sedimentet. "