Svamp skaber et hurtigt spor for kulstof

Små alger i jordens oceaner og søer optager sollys og kuldioxid og omdanner dem til sukkerarter, der opretholder resten af ​​det akvatiske fødenet, sluger omtrent lige så meget kulstof som alle verdens træer og planter tilsammen.

Ny forskning viser, at et afgørende stykke mangler i den konventionelle forklaring på, hvad der sker mellem denne første "fixering" af CO ₂ ind i fytoplankton og dets eventuelle frigivelse til atmosfæren eller nedstigning til dybder, hvor det ikke længere bidrager til den globale opvarmning. Den manglende brik? Svamp.

"I bund og grund, kulstof bevæger sig op ad fødekæden i vandmiljøer anderledes, end vi normalt tror, ​​det gør, sagde Anne Dekas, en assisterende professor i jordsystemvidenskab ved Stanford University. Dekas er seniorforfatter til et papir udgivet 1. juni i Proceedings of the National Academy of Sciences der kvantificerer, hvor meget kulstof der går til parasitsvampe, der angriber mikroalger.

Undervands karusell

Forskere har indtil nu forudsagt, at det meste kulstof fikseret i kolonier af hårdskallede, encellede alger kendt som kiselalger tragter derefter direkte ind i bakterier - eller opløses som te i det omgivende vand, hvor det stort set optages af andre bakterier. Konventionel tænkning antager, at kulstof slipper ud af denne mikrobielle sløjfe hovedsageligt gennem større organismer, der græsser på bakterierne eller kiselalger, eller gennem CO ₂ der vender tilbage til atmosfæren, når mikroberne trækker vejret.

Denne rejse er vigtig i forbindelse med klimaændringer. "For at kulstofbinding skal finde sted, kulstof fra CO ₂ skal op i fødekæden til store nok stykker biomasse til at den kan synke ned i havets bund, " sagde Dekas. "Sådan er det virkelig fjernet fra atmosfæren. Hvis den bare cykler i lange perioder i havets overflade, det kan frigives tilbage til luften som CO ₂ ."

Det viser sig, at svamp skaber en undervurderet ekspresbane for kulstof, "shunter" så meget som 20 procent af det kulstof, der er fikseret af kiselalger, ud af den mikrobielle løkke og ind i svampeparasitten. "I stedet for at gå gennem denne karusell, hvor kulstoffet til sidst kunne gå tilbage til atmosfæren, du har en mere direkte vej til de højere niveauer i fødenettet, " sagde Dekas.

Resultaterne har også konsekvenser for industrielle og rekreative omgivelser, der beskæftiger sig med skadelig algeopblomstring. "I akvakultur, for at beholde den primære afgrøde, som fisk, sund og rask, fungicider kan tilsættes vandet, " sagde Dekas. Det vil forhindre svampeinfektion af fisken, men det kan også eliminere en naturlig kontrol af algeopblomstring, der koster industrien omkring 8 milliarder dollars om året. "Indtil vi forstår dynamikken mellem disse organismer, vi skal være ret forsigtige med de ledelsespolitikker, vi bruger."

Mikrobielle interaktioner

Forfatterne baserede deres skøn på forsøg med populationer af kaldet chytridsvampe Rhizophydiales og deres vært, en type ferskvandsalger eller kiselalger, der hedder Asterionella formosa . Medforfattere i Tyskland arbejdede på at isolere disse mikrober, samt bakterier, der findes i og omkring deres celler, fra vand opsamlet fra Lake Stechlin, omkring 60 miles nord for Berlin.

"Det er svært at isolere en mikroorganisme fra naturen og dyrke den i laboratoriet, men at isolere og vedligeholde to mikroorganismer som et patosystem, hvor den ene dræber den anden, er en sand udfordring, " sagde hovedforfatter Isabell Klawonn, der arbejdede på forskningen som postdoc i Dekas' laboratorium i Stanford. "Kun nogle få modelsystemer er derfor tilgængelige til at forske i sådanne parasitære interaktioner."

Forskere formodede allerede i 1940'erne, at parasitter spillede en vigtig rolle i at kontrollere mængden af ​​planteplankton, og de observerede epidemier af inficering af chytridsvamp Asterionella blomstrer i søvand. Teknologiske fremskridt har gjort det muligt at adskille disse usynlige verdener i fine og målbare detaljer – og begynde at se deres indflydelse i et meget større billede.

"Vi indser som et fællesskab, at det ikke kun er en individuel mikroorganismes evner, der er vigtige for at forstå, hvad der sker i miljøet. Det er, hvordan disse mikroorganismer interagerer, "Sagde Dekas.

Forfatterne målte og analyserede interaktioner inden for Lake Stechlin-patosystemet ved hjælp af genomisk sekventering; en fluorescensmikroskopiteknik, der involverer vedhæftning af fluorescerende farvestof til RNA i mikrobielle celler; og et højt specialiseret instrument på Stanford – et af kun få dusin i verden – kaldet NanoSIMS, som skaber nanoskalakort over isotoper af grundstoffer, der er til stede i materialer i forsvindende små mængder. Dekas sagde, "For at få disse enkeltcellemålinger til at vise, hvordan fotosyntetisk kulstof flyder mellem specifikke celler, fra kiselalgen til svampen til de tilknyttede bakterier, det er den eneste måde at gøre det på."

Den nøjagtige mængde kulstof, der omdirigeres til svamp fra den mikrobielle karusell, kan variere i andre miljøer. Men opdagelsen af, at det kan være så højt som 20 procent i selv én indstilling er betydelig, sagde Dekas. "Hvis du ændrer dette system med mere end et par procent i en hvilken som helst retning, det kan have dramatiske konsekvenser for biogeokemiske kredsløb. Det gør en stor forskel for vores klima."