Een fytoplankton dat bijna zo oud is als de aarde - ongeveer 3 miljard jaar vergeleken met de 4,5 miljard jaar van de planeet - heeft nog steeds geheimen, waaronder hoe het de hongerdood kan overleven in de meest voedselarme oceanen. Synechococcus is de meest geografisch diverse van drie fytoplanktonsoorten, draagt ​​bij aan een kwart van de primaire productie van de oceanen en komt voor in zowel ijskoude poolwateren als warme tropische zeeën.

Nu hebben onderzoekers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), ontdekt wie ze te danken hebben voor het aanhoudende bestaan ​​van het fytoplankton:heterotrofe bacteriën.

In een reeks meerjarige experimenten ontdekte het team dat Synechococcus en de bacteriën die zich ermee voeden, een inherente neiging tot mutualisme kunnen hebben en significante veranderingen zullen ondergaan om elkaars overleving aan te moedigen. De zeealgen Synechococcus en de bijbehorende heterotrofe bacteriële gemeenschap hebben een onlosmakelijk nauwe relatie.

Hun bevindingen werden op 30 september gepubliceerd in Science Advances .

Eerdere studies omvatten er een waarin het fytoplankton en zijn bacteriële gemeenschap meer dan twee jaar gedijden zonder enige externe ondersteuning van voedingsstoffen. Volgens prof. Zhang Yongyu van QIBEBT duiden deze resultaten op microbiële interacties die de Synechococcus-groei op lange termijn kunnen ondersteunen, maar alleen in gecontroleerde en consistente experimentele omstandigheden.

In tegenstelling tot laboratoriumcultuursystemen is de oceaan echter niet statisch en ervaart veranderingen in omgevingsfactoren, waaronder voedingsstoffen. "Deze studie werd uitgevoerd om te begrijpen hoe veranderingen in omgevingsfactoren, zoals de beschikbaarheid van externe voedingsstoffen, de mutualistische relatie tussen de Synechococcus en heterotrofe bacteriële gemeenschap zullen beïnvloeden," zei corresponderende auteur prof. Zhang.

De onderzoekers bootsten de verandering in het mariene milieu na en leverden steriele anorganische voedingsstoffen aan de gevestigde mutualistische co-cultuur van Synechococcus en een diverse bacteriële gemeenschap uit hun vorige studie. De stabiele en wederzijds voordelige relatie van twee jaar liep op de klippen, maar verbrak niet.

"Onze bevindingen suggereren dat de beschikbaarheid van externe voedingsbronnen het gevestigde mutualisme verstoort, wat leidt tot de ineenstorting van de gezondheid van Synechococcus", zegt co-eerste auteur Shailesh Nair, postdoctoraal wetenschapper bij QIBEBT. "Maar toen de externe voedingsstoffen eenmaal waren uitgeput, herstelden Synechococcus en heterotrofe bacteriën in de loop van de volgende 450 dagen geleidelijk hun metabolische mutualisme onder langdurige coëxistentie die de gezondheid van Synechococcus nieuw leven inblies."

Door genetische analyse en het traceren van de stikstof in het systeem, hebben de onderzoekers vastgesteld dat de bacteriën stikstoffixatie faciliteerden, waarbij stikstof werd omgezet voor gebruik bij het drijven van het fytoplankton, wat het herstelde mutualisme veroorzaakte.

"Tijdens het proces ondergingen de structuur en functies van de bacteriële gemeenschap enorme aanpassingen om het drijvende effect te bereiken, en de cogeneratie van stikstof, fosfor, ijzer en vitamine B12 door de bacteriën ondersteunde de langdurige gezonde groei van Synechococcus", zegt mede-eerste auteur Zhang Zenghu, universitair hoofddocent bij QIBEBT.

Deze bevindingen suggereren dat Synechococcus en heterotrofe bacteriën een inherente neiging tot mutualisme kunnen hebben, die kan worden hersteld na inmenging van de omgeving. Deze natuurlijke, terugkerende eigenschap van Synechococcus en heterotrofe bacteriën kan hun co-evolutionaire aanpassingen vertonen in omgevingen met een tekort aan voedingsstoffen om te overleven.

Hoewel de onderzoekers zeiden dat ze geloven dat deze studie de al lang bestaande vraag over de hardnekkigheid van Synechococcus beantwoordde, hebben ze nu nog een aantal vragen die ze van plan zijn te beantwoorden.

"Geldt deze inherente mutualistische relatie ook voor andere algen?" vroeg Zhang Yongyu. "Kunnen we de algengroei stimuleren door kunstmatig algenvriendelijke microbiële gemeenschappen te construeren? De potentiële regulering van algen-bacteriën-interacties kan een nieuwe manier zijn om door algen aangedreven mariene koolstofvastlegging te vergroten." + Verder verkennen

Onderzoek naar de symbiotische relaties die schadelijke algenbloei kunnen veroorzaken