De oceaan absorbeert snel koolstofdioxide dat in de atmosfeer wordt uitgestoten door de verbranding van fossiele brandstoffen en andere menselijke activiteiten, wat resulteert in warmer en zuurder water. Volgens een nieuwe studie, deze omstandigheden kunnen ook het gedrag van kleine mariene organismen veranderen die essentieel zijn voor de gezondheid van de oceaan.

Wetenschappers van het Lamont-Doherty Earth Observatory en hun collega's ontdekten dat stijgende koolstofdioxideniveaus de activiteit van twee in de oceaan levende microben beïnvloeden, Prochlorococcus en Alteromonas, het verbreken van hun behulpzame partnerschap. Dergelijke veranderingen in interacties tussen soorten kunnen de algehele structuur en functie van een ecosysteem beïnvloeden. De bevinding is cruciaal voor het maken van nauwkeurigere voorspellingen van hoe klimaatverandering de oceaan zal veranderen.

"Dit is een doorbraak die wetenschappers zal helpen om het oceaanecosysteem van de toekomst beter te modelleren, " zei Gwenn Hennon, een Lamont-Doherty postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur van het artikel, die dinsdag werd gepubliceerd in de ISME Journaal .

De studie bouwt voort op werk uit 2015 van Dutkiewicz et al., waarin werd geconcludeerd dat uitgestrekte delen van de oceaan waar Prochlorococcus nu domineert drastisch kunnen veranderen als gevolg van hoge kooldioxidegehalten en verzuring van de oceaan; De bevinding van Hennon onthult een van de mogelijke redenen waarom.

"Wat opvalt aan de studie van Gwenn, is dat het de eerste keer is dat we mechanistisch hebben kunnen laten zien hoe verhoogde kooldioxide de relatie tussen deze microben beïnvloedt, " zei Sonya Dyhrman, een Lamont-Doherty microbiële oceanograaf en een co-auteur van Hennon's paper. "We weten dat Prochlorococcus helperbacteriën nodig heeft of dat het niet goed groeit, maar nu kunnen we zien hoe dit partnerschap in de toekomstige oceaanomstandigheden uiteenvalt."

Prochlorococcus is het kleinste en meest voorkomende fotosynthetische organisme op aarde:in een theelepel zeewater passen ongeveer een miljoen cellen. Hoewel de microben minuscuul zijn, ze spelen een buitenmaatse rol bij het in stand houden van de gezondheid en productiviteit van de mondiale oceaan. Prochlorococcus vormt de basis van het mariene voedselweb, dienen als belangrijke voedselbron voor iets grotere eencellige organismen, die worden geconsumeerd door soorten in hogere trofische niveaus. De microbe speelt ook een cruciale rol in de wereldwijde koolstofcyclus, helpen om het klimaat op aarde te reguleren door koolstofdioxide op te vangen, door het voedselweb te verplaatsen, en naar de diepe oceaan.

Prochlorococcus kan gedijen in de voedselarme omstandigheden in de uitgestrekte gebieden van de open oceaan dankzij microbiële helpers zoals Alteromonas, die zorgt voor sommige activiteiten die kleine Prochlorococcus niet alleen kan uitvoeren.

Om de samenwerking tussen Prochlorococcus en Alteromonas beter te begrijpen, Hennon en haar collega's kweekten de microben samen in het laboratorium onder de concentratie van kooldioxide in de atmosfeer van vandaag, 400 delen per miljoen. Ze ontdekten dat de microben naast elkaar bestonden op dezelfde manier als aan de oppervlakte van de oceaan. Alteromonas zorgde ervoor dat Prochlorococcus kon bloeien door overtollig waterstofperoxide op te ruimen, een "vrije radicaal, " of onstabiel molecuul dat celbeschadiging veroorzaakt. Prochlorococcus mist het gen catalase, een enzym dat de giftige opbouw van waterstofperoxide vernietigt, dus het vertrouwt op bacteriën zoals Alteromonas om deze service uit te voeren.

De onderzoekers gebruikten vervolgens hun bloeiende microbiële gemeenschap om te onderzoeken hoe de organismen zouden interageren in een wereld met veel koolstofdioxide en meer zure oceanen. Toen Prochlorococcus en Alteromonas onder 800 delen per miljoen werden gekweekt - de hoeveelheid kooldioxide die naar verwachting in 2100 in de atmosfeer zou zijn - had Prochlorococcus een hoger sterftecijfer en leek het meer vrije radicalen te hebben. Maar de verrassing was hoe Alteromonas zich gedroeg tegenover Prochlorococcus.

"Onder hogere niveaus van kooldioxide, Alteromonas biedt niet hetzelfde niveau van ecosysteemdiensten. Het begint een meer antagonistische relatie te hebben met Prochlorococcus, ' zei Hennon.

Hennon en haar collega's volgden genexpressie en andere activiteiten om te onderzoeken wat er veranderde voor de microben die werden gekweekt met 800 delen per miljoen. Ze ontdekten dat Alteromonas zijn catalase "helper" -gen afwijst en, tegelijkertijd, een gen opduikt dat de vrije radicalen eromheen verhoogt. Prochlorococcus kan de gifstoffen niet kwijt, wat de cellen onder druk zet. Hennon zegt dat Alteromonas ook de ondergang van Prochlorococcus kan bespoedigen door naar de organismen te gaan als ze beginnen te sterven en hun uiteenvallende delen te consumeren.

Dyhrman zei dat de bevinding dat Alteromonas Prochlorococcus de rug toekeert, zorgwekkend is.

"Als er geen andere bacterie opkomt en de belangrijke, nuttige rol van Alteromonas, deze verandering in interactie kan een diepgaand effect hebben op de groei van Prochlorococcus, overvloed, en activiteiten in de toekomstige oceaan, "zei ze. "Als je het hebt over een organisme dat de mondiale oceaan domineert, dat is een belangrijke verandering voor het ecosysteem."

Er is een positieve kant aan de blik op de toekomst die deze studie biedt. Naarmate wetenschappers hun kennis van interacties tussen soorten in de zee verbeteren, ze zullen beter toegerust zijn om te voorspellen hoe de oceaan er aan het einde van de eeuw uit zal zien.

"Deze studie is echt een wake-up call, Hennon zei. "We moeten dit soort informatie beter opnemen in modellen om te begrijpen hoe de wereldwijde koolstofcyclus, oceaan ecosystemen, en de visserij kan in de toekomst veranderen. Als we dit werk nu niet doen, we zullen in de toekomst verblind worden door deze ecologische veranderingen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.