Noget gammelt, noget nyt i havene blå

Charles Darwin mistænkte noget i det "klare blå vand" i havet, der var endnu mindre end de protozoer, han kunne se under mikroskopet. "I dag ved vi, at hver liter havvand vrimler med hundredvis af millioner af mikroorganismer, "forklarer havforsker Rudolf Amann, Direktør ved Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen. Hans kollega Tobias Erb fra søsterinstituttet for terrestrisk mikrobiologi i Marburg tilføjer:"Selvom kun mikrometer i størrelse, mikroorganismerne med deres store antal og høje metabolisme har en stærk indvirkning på energiflow og biomasseomsætning i havene. "

Mens de encellede alger, også kendt som planteplankton, konvertere CO ₂ til biomasse, andre mikroorganismer kommer i aktion, når algerne udskiller det faste kulstof - enten i løbet af deres liv, eller når de dør - nogle gange i masse, som efter den såkaldte algeblomst. Selv i overfladevand, encellede organismer behandler mange tusinde tons algerbiomasse:en central proces i den marine livscyklus. En af de vigtigste forbindelser i havet er glykolsyre, et direkte biprodukt af fotosyntese, der delvist omdannes tilbage til CO ₂ af marine bakterier. Men her, billedet bliver sløret - den nøjagtige skæbne for carbon i glycolsyre var hidtil ukendt.

For at komme til at få en nyttig vurdering af den globale kulstofcyklus, imidlertid, ligningen må ikke have for mange ukendte. Som vi kender i dag, for meget CO ₂ påvirker livet i havet. Øgede koncentrationer af CO ₂ i havvand forsure oceanerne, forstyrre balancen mellem planteplankton og mikroorganismer og i sidste ende påvirke det globale klima. For at forstå konsekvenserne for klimaændringer på global skala, en præcis viden om den bakterielle nedbrydning af algebiomasse er uundværlig. For det, imidlertid, vi har brug for præcis grundlæggende viden om placeringen, hastighed og omfang af næringsnetværk i havet. Så hvad er skæbnen for glykolsyrens kulstof, hvilket globalt betyder stofmængder i intervallet en milliard tons om året?

Den glemte vej

Forskere behøver ikke altid at starte forfra - nogle gange er der allerede kendte puslespil, de skal bare genkendes og placeres korrekt. Et sådant stykke er β-hydroxyaspartatcyklussen. Det blev opdaget for mere end 50 år siden i jordbakterien Paracoccus. På det tidspunkt, den metaboliske vej modtog lidt opmærksomhed, og dens nøjagtige biokemiske processer forblev uudforskede. Dr. Lennart Schada von Borzyskowski, første forfatter til strømmen Natur offentliggørelse, en postdoktor i Tobias Erbs afdeling på Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology i Marburg, opdagede denne metaboliske vej i løbet af litteraturforskning. "Når man ser på denne metaboliske vej, Jeg bemærkede, at den skulle være mere effektiv end den proces, der tidligere var antaget for nedbrydning af glykolsyre, og jeg spekulerede på, om det kunne være vigtigere end oprindeligt antaget, "rapporterer forskeren.

Udstyret med kun en enkelt gensekvens, han stødte på en klynge af fire gener i databaser, der gav konstruktionsinstruktionerne for fire enzymer. I kombination, tre af enzymerne var tilstrækkelige til at behandle en forbindelse afledt af glycolsyre. Men hvad var det fjerde enzym ansvarlig for? Schada von Borzyskowski testede dette enzym i laboratoriet og opdagede, at det katalyserede en iminreaktion, der tidligere var ukendt i denne sammenhæng. Denne fjerde reaktion lukker den metaboliske vej til en elegant cyklus, hvorigennem kulstoffet af glykolsyre kan genbruges uden tab af CO ₂ .

Globalt distribueret, økologisk betydningsfuld

Et samarbejde med forskere fra University of Marburg gjorde det muligt at studere glycolsyremetabolisme og dets regulering i levende mikroorganismer. "Nu var vores opgave at lede efter tilstedeværelsen og aktiviteten af ​​disse gener i marine levesteder og deres økologiske betydning, "Erb forklarer. Samarbejdet mellem Marburg -biokemikerne og havforskerne ved Max Planck -instituttet i Bremen viste sig at være yderst frugtbart, da sidstnævnte har studeret havsamfund nær Helgoland i årevis, især bakteriepopulationerne under og efter algeblomstring. I flere udflugter på åbent hav, forskerne fra Marburg og Bremen målte dannelse og forbrug af glykolsyre under algeblomst i foråret 2018. Faktisk, metabolisk cyklus var aktivt involveret i metabolismen af ​​glycolsyre.

Tegningerne i den metaboliske cyklus blev også fundet gentagne gange i de bakterielle genom -sekvenser, som TARA Oceans -ekspeditionen havde indsamlet fra verdenshavene over en afstand på 10, 000 kilometer, med i gennemsnit 20 gange højere prævalens end alle andre postulerede nedbrydningsveje for glykolsyre. Den genopdagede metaboliske vej er således ikke en niche -eksistens, men tværtimod, udbredt.

Disse nye fund forbløffer stadig Rudolf Amann:"Opdagelsen af ​​vores kolleger i Marburg vender vores tidligere forståelse af glycolsyres skæbne på hovedet. Vores data viser, at vi er nødt til at revurdere cyklussen med milliarder af tons kulstof i havene." Som Tobias Erb fortsætter:"Dette arbejde gør os opmærksom på de globale dimensioner af metabolismen af ​​mikroorganismer, og det viser os samtidig, hvor meget vi stadig skal opdage sammen. "