Mikrobiologiforskere yderligere forståelse af oceanernes rolle i kulstofcykling

Mikrobiologiforskere ved Oregon State University har kastet nyt lys over mekanismerne for kulstofcykling i havet, ved hjælp af en ny tilgang til at spore, hvilke mikrober der indtager forskellige typer organisk kulstof produceret af almindelige planteplanktonarter.

Forskningen er et vigtigt skridt i retning af at forudsige, hvor meget kulstof, der vil forlade havet til atmosfæren som drivhusgas kuldioxid, og hvor meget der ender begravet i marine sedimenter, sagde Ryan Mueller, lektor i OSU's Institut for Mikrobiologi og lederen af ​​undersøgelsen.

Resultater blev offentliggjort i dag i Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Vores forskning viser, at forskellige mikroberarter i havet er meget særlige, men alligevel forudsigelige i de fødekilder, de foretrækker at spise, "sagde første forfatter Brandon Kieft, en nylig Oregon State Ph.D. kandidat, der nu er postdoktor ved University of British Columbia. "Da de globale klimaændringer fortsat ændrer oceaniske miljøer i et hurtigt tempo, tilgængeligheden af ​​fødekilder til mikrober vil også ændre sig, i sidste ende favoriserer visse typer frem for andre. "

Fytoplankton er mikroskopiske organismer i bunden af ​​havets fødekæde og en vigtig komponent i en kritisk biologisk kulstofpumpe. De fleste flyder i den øvre del af havet, hvor sollys let kan nå dem.

De bittesmå autotrofiske planter - de laver deres egen mad - har en stor effekt på niveauerne af kuldioxid i atmosfæren ved at suge det op under fotosyntesen. Det er en naturlig vask og en af ​​de primære måder, CO ₂ , den mest rigelige drivhusgas, er skrubbet fra atmosfæren; atmosfærisk kuldioxid er steget med 40% siden begyndelsen af ​​industrialderen, bidrager stærkt til en opvarmende planet.

"Vi studerer forbrugerne - de heterotrofiske mikrober - af det organiske materiale, der er fremstillet af de primære producenter, det mikrobielle planteplankton, "Mueller sagde." Begge grupper er mikrober, førstnævnte forbruger primært organisk kulstof som fødekilde, mens sidstnævnte 'fixer' deres eget organiske kulstof. Mikrober danner grundlaget for fødevarebanen og den biologiske kulstofpumpe, og vores arbejde er primært fokuseret på at undersøge, hvad forbrugerne gør i dette system. "

Overfladehavet lagrer næsten lige så meget kulstof, som der findes i atmosfæren. Når havet trækker atmosfærisk kuldioxid ind, planteplankton bruge CO ₂ og sollys til fotosyntese:De omdanner dem til sukker og andre forbindelser, cellerne kan bruge til energi, producerer ilt i processen.

Dette såkaldte faste kulstof udgør kosten af ​​heterotrofiske mikrober og højere organismer i det marine fødevæv, såsom fisk og pattedyr, som i sidste ende omdanner kulstoffet tilbage til atmosfærisk CO ₂ gennem respiration eller bidrage til kulstofbestanden i bunden af ​​havet, når de dør og synker.

De heterotrofiske mikrobielle forbrugeres kollektive respiratoriske aktivitet er den vigtigste måde, hvorpå fast opløst organisk kulstof fra planteplankton returneres til atmosfæren som CO ₂ .

Mueller, Kieft og samarbejdspartnere på Oak Ridge og Lawrence Livermore nationale laboratorier og universiteterne i Tennessee, Washington og Oklahoma brugte stabil isotopmærkning til at spore kulstof, da det kom ind i det organiske stof, der produceres af planteplanktonet og, ultimativt, de heterotrofiske mikrober, der forbruger det.

Forskerne brugte disse isotoper til at fortælle, hvilke organismer der spiste kiselalger, og hvilke der indtog cyanobakterier, to fytoplanktonarter, der tilsammen producerer et flertal af havets faste kulstof. Forskerne kunne også fortælle, hvornår forbruget skete - f.eks. til tider producerede planteplanktoncellerne stoffer kendt som lysater under deres dødsfase eller ekssudater under deres vækstfase.

"Vores resultater har vigtige implikationer for at forstå, hvordan marine mikrober og fotosyntetiske alger fungerer sammen for at påvirke den globale kulstofcykling, og hvordan dette oceaniske fødevarebind kan reagere på fortsatte miljøændringer, "Kieft sagde." Dette vil hjælpe os med at forudsige, hvor meget kulstof der kommer tilbage i atmosfæren, og hvor meget der vil blive begravet i marine sedimenter i århundreder. "