En marin mikrobe kan spille en stadig vigtigere rolle i reguleringen af ​​klimaet

Et USC-ledet forskerhold har fundet ud af, at marine mikrober med et særligt stofskifte er allestedsnærværende og kan spille en vigtig rolle i, hvordan Jorden regulerer klimaet.

Undersøgelsen finder bakterier indeholdende rhodopsiner, et solskinsfangende pigment, er mere rigelige end engang troede. I modsætning til alger, de trækker ikke kuldioxid (CO2) ud af luften. Og de vil sandsynligvis blive mere rigelige i opvarmende oceaner, signalerer en blanding af mikrobielle samfund i bunden af ​​fødekæden, hvor energiomdannelsen finder sted.

"Havene er vigtige for klimaforandringerne, fordi de spiller en nøglerolle i kulstofkredsløbet. At forstå, hvordan det fungerer, og de involverede marine organismer, hjælper os med at forfine vores klimamodeller til at forudsige klimaet i fremtiden, " sagde Laura Gómez-Consarnau, assisterende professor (forskning) i biologi ved USC Dornsife College of Letters, Kunst og Videnskab.

Undersøgelsen vises i dag i Videnskabens fremskridt . Gómez-Consarnau er hovedforfatter blandt et internationalt hold af forskere fra Californien, Kina, Storbritannien og Spanien.

Resultaterne bryder fra den traditionelle fortolkning af marin økologi fundet i lærebøger, som siger, at næsten alt sollys i havet fanges af klorofyl i alger. I stedet, rhodopsin-udstyrede bakterier fungerer som hybridbiler, drevet af organisk materiale, når det er tilgængeligt - som de fleste bakterier er - og af sollys, når næringsstoffer er knappe.

Rhodopsiner blev opdaget for 20 år siden, og forskere ved USC og andre steder har studeret deres udbredelse og metabolisme siden. Disse mikrober har lysfølsomme proteinsystemer i deres cellemembraner, der fanger sollys, en tilpasning analog med, hvordan stænger og kegler i det menneskelige øje samler lys.

I dette studie, forskere troldede en 3, 000 kilometer lange skår af det østlige Atlanterhav og Middelhavet i 2014. De prøvede mikroorganismer i vandsøjlen ned til 200 meter i et forsøg på at finde ud af, hvor udbredte rhodopsiner er, og under hvilke forhold de foretrækkes.

De fandt ud af, at rhodopsin-fotosystemer var meget mere rigelige end tidligere indset og koncentreret i næringsfattigt vand. I sådanne oligotrofe zoner, de udkonkurrerer alger til at fange lys. Mens alger bruger sollys og CO2 til at producere organisk materiale og ilt, rhodopsinpigmenter bruger lys til at fremstille adenosintrifosfat, den grundlæggende energivaluta, der driver mange cellulære processer.

"Rhodopsiner ser ud til at være mere rigelige i et næringsfattigt hav, og i fremtiden, havet bliver mere næringsfattigt, når temperaturen ændrer sig, " Gómez-Consarnau forklarede. "Så, med færre næringsstoffer nær overfladen, alger vil have begrænset fotosyntese, og rhodopsin-processen vil være mere rigelig. Vi kan få et skift i fremtiden, hvilket betyder, at havet ikke vil være i stand til at absorbere så meget kulstof, som det gør i dag. Så mere CO2-gas kan forblive i atmosfæren, og planeten kan varmes hurtigere."

Indtil nu, computersimuleringer af, hvordan den globale opvarmning kunne se ud i fremtiden, tegner endnu ikke dette mikrobielle skift.

Tidligere undersøgelser har vist, at rhodopsiner udgør omkring 80 % af de marine bakterier, baseret på genetiske analyser. Men dette er den første undersøgelse, der rent faktisk måler deres koncentration i havet, og hvor de kan lide at samles.

Undersøgelsen understreger, hvordan videnskabsmænd lærer nye veje, hvormed organismer får energi til at leve. For eksempel, de har længe vidst, at planter og alger bruger klorofyl til at omdanne solskin og næringsstoffer til sukker; Ja, omkring halvdelen af ​​al fotosyntese på Jorden udføres af alger ved havoverfladen. Og de har opdaget bundlevende liv understøttet af kemisk energi fra mineraler og kemiske forbindelser frigivet fra dybhavs vulkanske åbninger. I denne forskning, de har lært, at bakterier, længe betragtet som hovedsageligt nedbrydere i et økosystem, faktisk kan fungere som en hovedproducent af energi ved havoverfladen.

"Vi vurderer, at i betragtning af de koncentrationer, der findes i havvand, rhodopsiner kunne fange mere lysenergi end klorofyl i havet, " sagde Gómez-Consarnau.

"Disse resultater ændrer den grundlæggende antagelse om, at den marine biosfære kun er drevet af sollys fanget af klorofyler under algefotosyntese."

Det betyder også, at år ud i fremtiden, mikrobielle samfund vil sandsynligvis skifte, hvilket resulterer i mindre kulstofbinding i havet. For fuldt ud at evaluere, hvordan resultaterne påvirker havets evne til at absorbere drivhusgasser, Gómez-Consarnau sagde, at CO2-fluxer i marine systemer skal revurderes, og fremtidige klimamodeller bliver nødt til at inkludere denne bakterielle metabolisme.