Bakteriel adfærd påvirker skydannelsen

ETH-forskere har analyseret individuelle marine bakterieceller for at vise, at metaboliske processer inde i dem bestemmer mængden af ​​gas, de frigiver, som er involveret i skydannelse.

Meteorologer har i næsten 50 år vidst, at det legendariske blafren af ​​en sommerfugls vinger kan udløse en orkan et helt andet sted. Kaosteoretikeren Edward Norton Lorenz opfandt begrebet "sommerfugleeffekt" i 1972 for at beskrive forståelsen af, at minimale ændringer i begyndelsesbetingelserne kan have en stor effekt på den senere udvikling af dynamiske systemer.

Havene er jordens lunger

Men nu tyder resultater fra forskergruppen ledet af Roman Stocker fra Institute of Environmental Engineering ved ETH Zürich, at i fremtiden, meteorologer bliver nødt til at være opmærksomme ikke kun på sommerfugle, men også og frem for alt, til bakterier, der lever i havene. "Vi har vist de omstændigheder, hvorunder disse bakterier frigiver en gas, der spiller en central rolle i dannelsen af ​​skyer, " siger Stocker.

I deres arbejde, som netop er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , forskerne så på de mikroorganismer, der lever af de metaboliske produkter fra marine planteplankton. Dette udtryk omfatter en lang række mikroskopiske alger, der tilsammen udfører mere fotosyntese end alle planter. Det betyder, at jordens sande lunger ikke er skovene, men havene:omkring halvdelen af ​​ilten i jordens atmosfære produceres der. Hvert år producerer fytoplanktonet også over en milliard tons af et stof kaldet dimethylsulfoniopropionat, eller DMSP for kort.

Duften af ​​havet

"DMSP dækker 95 procent af marinebakteriers svovlbehov og 15 procent af bakteriel kulstofbehov, " siger Cherry Gao, hovedforfatter på undersøgelsen og en ph.d.-studerende i Stockers gruppe. For at konvertere DMSP til biomasse, bakterierne har to forskellige metaboliske veje:hvis de demethylerer det, de bruger både svovl og kulstof; hvis, imidlertid, de spalter det i flere små molekyler, de bruger kun kulstoffet – mens svovlet slipper ud i atmosfæren i form af dimethylsulfid (DMS). "DMS er det, der er ansvarlig for den typiske lugt af havet, " siger Stocker. Derudover DMS spiller en central rolle i skydannelse som en kilde til skykondensationskerner, omkring hvilke vanddamp kan kondensere.

Indtil nu, videnskabsmænd forstod ikke, hvad der fik bakterierne til at vælge den ene eller den anden stofskiftevej. Stockers forskerhold genmodificerede en marin bakterie af arten Ruegeria pomeroyi, så den fluorescerede i forskellige farver afhængigt af den biokemiske proces, den brugte til at transformere DMSP. Dette gjorde det muligt for forskerne at vise, at ved lave koncentrationer af DMSP, bakterierne er primært afhængige af demethylering - mens de ved høje koncentrationer på nogle få mikromol pr. liter, spaltningsprocessen dominerer.

Ser nærmere på

Den gennemsnitlige koncentration af DMSP i havvand er kun nogle få nanomol pr. liter. Under disse omstændigheder, den metaboliske spaltningsvej er af ubetydelig betydning; bakterierne bruger svovlet til deres vækst og skydannelse finder ikke sted. "Men gennemsnittet - hvilket vil sige koncentrationen af ​​DMSP fundet i en stor spand, der simpelthen er dyppet i havet med den konventionelle målemetode - fortæller kun halvdelen af ​​historien, " Stocker siger:"Den anden halvdel afslører sig først ved nærmere eftersyn."

For overalt hvor planteplankton blomstrer, DMSP-koncentrationer kan være tusindvis af gange højere. Det ser ud til, at marine bakterier har tilpasset sig denne ulige fordeling af DMSP i havvand. Hvis de vokser i umiddelbar nærhed af de mikroskopiske alger, de begynder at spalte DMSP'en. "Så omfanget af skydannelse kan i sidste ende også afhænge af detaljerne i samspillet mellem alger og bakterier i havet, " siger Stocker.