Ze woonden ooit op de zeebodem en zijn gestaag begraven:micro-organismen in de ondergrondse sedimenten op de bodem van de Arabische Zee onthullen details van fluctuaties in klimaat en milieuomstandigheden in de afgelopen 52, 000 jaar.

De sedimenten onder de zeebodem herbergen microbiële gemeenschappen die daar overleven ondanks het gebrek aan zowel licht als zuurstof. Veel van de microben behoren tot geslachten die ooit direct op de zeebodem leefden, en werden geleidelijk begraven door ophopende sedimenten. Maar hun metabole routes zijn aangepast aan de veranderende omstandigheden. Echter, deze cellen groeien en delen nu heel langzaam, en staan ​​daardoor onder een zwakke selectie. Professor William Orsi van de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen aan de LMU, in samenwerking met een internationaal team van onderzoekers, heeft nu het microbiële leven in sedimentaire kernen uit de Arabische Zee onder de loep genomen. Uit het onderzoek blijkt dat de stofwisseling van een deel van deze micro-organismen de geschiedenis van het klimaat in deze regio weerspiegelt. De nieuwe bevindingen, die verschijnen in het online tijdschrift Natuurwetenschappelijke rapporten , suggereren ook hoe microbiële gemeenschappen in de oceanen kunnen reageren op de opwarming van de aarde.

De Arabische Zee herbergt 's werelds grootste zuurstofminimumzone, waarin de niveaus van opgeloste zuurstof extreem laag zijn. Als resultaat, de oxidatiesnelheid van organisch materiaal in de OMZ wordt drastisch verminderd. Verrassend genoeg, echter, organische koolstof is alleen verrijkt in specifieke sedimentaire lagen, die worden gescheiden door tussenliggende lagen die zeer weinig organisch materiaal bevatten. Eerdere studies hadden aangetoond dat deze verdeling samenhangt met herhaalde – en in geologische termen zeer snelle – schommelingen in de watertemperatuur:Warm water bevat minder opgeloste zuurstof, waardoor hogere niveaus van organische stoffen zich kunnen ophopen in de sedimenten. Inderdaad, sedimenten die grote concentraties organisch materiaal bevatten, werden afgezet in perioden waarin de gemiddelde watertemperatuur in enkele decennia met zo'n 5°C steeg.

Om de effecten van deze temperatuurschommelingen op de microbiële gemeenschappen in deze sedimenten te onderzoeken, de onderzoekers hebben een kern van 13 m gevonden die de afgelopen 52 beslaat, 000 jaar afzetting, en analyseerde het DNA dat aanwezig is in verschillende secties van de kern. "Dit scherm stelde ons in staat om de sequentiesamenstelling van het DNA op verschillende niveaus in de sedimenten te karakteriseren en te dateren met een precisie van 100 jaar, " legt Orsi uit. De sequentiegegevens geven op hun beurt inzicht in de metabolische capaciteiten van de micro-organismen die in de sedimenten zijn begraven. Uit de analyse bleek dat metabole activiteiten van 10 tot 15% van de bacteriegroepen die in hun kernmonster vertegenwoordigd zijn, de klimatologische omstandigheden weerspiegelen die heersen op de tijd dat de sedimenten werden afgezet. Deze subset bestaat voornamelijk uit zogenaamde denitrificerende en zwaveloxiderende groepen. Denitrificeerders halen hun metabolische energie uit de omzetting van nitraten in moleculair stikstofgas en stikstofoxiden. "Onafhankelijk van diepte en nitraatgehalte, de denitrificeerders onder onze indicatorgroepen komen vooral voor in sedimenten die rijk zijn aan organisch materiaal, en werden daarom afgezet tijdens de warmere periodes. Ze halen blijkbaar het grootste deel van hun energie uit fermentatiereacties, " legt Orsi uit. "Ze waren duidelijk behoorlijk gevoelig voor temperatuurschommelingen, omdat ze afwezig zijn in sedimenten die verminderde hoeveelheden organische koolstof bevatten. Dus dit vertelt ons, Voor de eerste keer, dat snelle klimaatschommelingen duidelijk een invloed hebben op de diversiteit aan denitrificerende bacteriën."

De resultaten stellen de onderzoekers ook in staat om af te leiden hoe mariene micro-organismen waarschijnlijk zullen reageren op toekomstige veranderingen in het klimaat. In de afgelopen 50 jaar is niveaus van opgeloste zuurstof in de oceanen hebben een neiging laten dalen. Denitrificerende bacteriën in OMZ's hebben stikstof uit het ecosysteem uitgeput en omgezet in het broeikasgas lachgas (N2O), wat bijdraagt ​​aan de opwarming van de aarde. "Onze gegevens tonen aan dat, naarmate het zuurstofgehalte in het water daalt - wat duidt op een opwarmingstrend - neemt de relatieve prevalentie van denitrificeerders toe. Bovendien, hun soortensamenstelling is volledig veranderd sinds de laatste ijstijd, ", zegt Orsi. Dit zou mogelijk kunnen bijdragen aan een klimaatfeedbackmechanisme." Hij en zijn collega's zijn nu van plan hun onderzoek uit te breiden naar andere regio's van de oceanen om de robuustheid van hun gegevens uit de Arabische Zee te testen.