Ongeveer de helft van de atmosferische koolstofdioxide wordt vastgelegd door het fytoplankton van de oceaan, voornamelijk picocyanobacteriën, via een proces dat fotosynthese wordt genoemd. Picocyanobacteriën zijn klein, eencellige micro-organismen die overvloedig voorkomen en wijdverbreid zijn in zoetwater- en mariene omgevingen. Een groot deel van de biologisch gefixeerde koolstof wordt gevormd door picocyanobacteriën aan het zeeoppervlak en vervolgens getransporteerd naar de diepe oceaan. Maar wat een mysterie blijft, is hoe gekleurd opgelost organisch materiaal dat afkomstig is van plantenafval (op het land of op zee) in de diepe oceaan terechtkomt. Een team van wetenschappers van het University of Maryland Centre for Environmental Science (UMCES) en over de hele wereld heeft mogelijk een levensvatbare mariene bron van dit gekleurde materiaal gevonden.

"We staan ​​nog aan het begin van het begrijpen van de mariene koolstofcyclus, " zei Michael Gonsior, een chemicus aan het University of Maryland Centre for Environmental Science. "Tot nu toe zijn de bronnen van specifieke chemicaliën in de oceaan niet goed gedefinieerd omdat het zo'n enorm en complex systeem is. Dus elke stap voorwaarts om de complexiteit uit elkaar te halen, maakt dit een waardevolle bijdrage."

In de diepe oceaan, opgeloste organische stof vertoont een fluorescentiesignaal dat lijkt op wat je in een rivier of beek zou zien. Het wordt traditioneel humusachtige fluorescentie genoemd, ervan uitgaande dat het afkomstig is van degraderende bomen en ander terrestrisch organisch materiaal. Veel wetenschappers hebben de hypothese geopperd dat dit materiaal dat in de diepe oceaan wordt gevonden, de overblijfselen zijn van rivieren en beken over de hele wereld die het van het land naar de oceaan voeren. Echter, het bewijs groeit dat er mariene bronnen van dit materiaal zijn, wat de meerderheid van dit gekleurde materiaal in de diepe oceaan zou kunnen verklaren.

UMCES-onderzoekers Michael Gonsior en Feng Chen hebben de eerste stap gezet in het karakteriseren van organisch materiaal dat vrijkomt uit mariene picocyanobacteriën. "Ons oorspronkelijke plan was om het lot te begrijpen van organische koolstof die vrijkomt bij virale lysis van picocyanobacteriën", zei Feng Chen.

Voor de eerste keer, onderzoekers hebben aangetoond dat gekweekte picocyanobacteriën, Synechococcus en Prochlorococcus , gevonden in de open oceaan geven fluorescerende componenten vrij die nauw overeenkomen met deze typische fluorescerende signalen die in oceanische omgevingen worden aangetroffen.

"Wetenschappers hebben nooit eerder goed gekeken naar picocyanobacteriën als een bron van specifieke verbindingen in de oceaan, " zei Gonsior. "Als we kunnen begrijpen wat de bronnen zijn, kunnen we beter afleiden wat er gebeurt in termen van sommige elementen van de mariene koolstofcyclus."

Als de opwarming van de oceaan doorgaat, er wordt voorspeld dat picocyanobacteriën, die de voorkeur geven aan hoge temperaturen, zal overvloediger worden en tegen het einde van de eeuw met 10 tot 20 procent kunnen toenemen, zei Chen. "Deze jongens zijn erg belangrijk, " hij voegde toe.

"Twee geslachten van picocyanobacteriën - Synechokok en Prochlorocccos -zijn de meest voorkomende koolstoffixeermiddelen in de oceaan, "zei Chen. Zijn laboratorium onderhoudt een verzameling mariene cyanobacteriën en cyanovirussen. Sommige van deze isolaten werden in dit onderzoek gebruikt.

"Als je op de blauwe oceaan vaart, daar werken veel picocyanbacteriën, "zei Gonsior." Ze zetten koolstofdioxide om in organische koolstof en zijn waarschijnlijk verantwoordelijk voor een deel van de diepe oceaankleur die uit organisch materiaal komt."

Gonsior en Chen keken naar de spanning van Synechokok en stuitte op de ontdekking. Chen, een moleculair bioloog, en Gonsior, een chemicus, gepland om het lot van opgeloste organische stof te meten door de moleculaire samenstelling te onderzoeken met behulp van ultramoderne massaspectrometrie, uitgevoerd in samenwerking met professor Philippe Schmitt-Kopplin van het Helmholtz Center for Environmental Health in München, Duitsland. Veel biologische verbindingen gloeien wanneer ze worden opgewonden met licht. Gonsior besloot optische analyses te doen om de absorptie en fluorescentie te meten, het soort dat hij routinematig doet op watermonsters in zijn laboratorium.

"Toen ik de eerste fluorescentiemetingen van deze monsters zag, het was heel duidelijk wat er aan de hand was. We ontdekten dat die picocyanobacteriën fluorescerend organisch materiaal afgeven, die nabootst wat we zien in zowel de diepe oceaan, maar ook in rivieren en beken, " zei Gonsior. "Veel mensen waren op zoek naar bronnen van dit geelgekleurde materiaal, en we hebben een levensvatbare bron van fluorescerend opgelost organisch materiaal in de zee geïdentificeerd die de signalen kan verklaren die zijn waargenomen in de diepe mondiale oceanen."

"Voor mij is dit opwindend omdat je zo'n overvloedige fotosynthetische cyanobacteriën in de oceaan hebt, "zei Feng Chen. "We weten dat al heel lang, maar niemand heeft een verband gelegd tussen picocyanobacteriën en fluorescerende opgeloste organische stof," voegde hij eraan toe.

De studie, "Picocyanobacteriën en diepzee-fluorescerende opgeloste organische stoffen delen vergelijkbare optische eigenschappen" verscheen in het nummer van 17 mei van Natuurcommunicatie .