Op zee, een wetenschapper houdt een planktonmonster tegen het licht en observeert de glinsterende inhoud. Dit sprankelende schouwspel wordt veroorzaakt door duizenden microscopisch kleine organismen die aan het zeeoppervlak leven, hun ingewikkelde, kristallijne skeletten die het zonlicht breken en weerkaatsen.

Deze organismen, een soort plankton genaamd acantharen, zijn zeer overvloedig aanwezig in alle oceanen van de wereld en zijn belangrijke recyclers van koolstof en andere nutriënten in het mariene ecosysteem.

Acantharen zijn moeilijk te bestuderen. Ze groeien niet in het laboratorium en zijn zo delicaat en kwetsbaar dat ze vaak worden vernietigd tijdens het nemen van monsters. En omdat ze te klein zijn om met het blote oog te zien, ze krijgen minder belangstelling van onderzoekers dan andere mariene organismen, zoals rifbouwende koralen. Maar Margaret Brisbin, een doctoraat student in de Marine Biophysics Unit aan de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), vindt dat deze organismen het bekijken waard zijn.

Misschien wel het meest interessante aan acantharen is hun symbiotische relatie met de fotosynthetische algen die in hen leven. De algen helpen het plankton door ze te voorzien van organische koolstof, waardoor ze kunnen leven in omgevingen met weinig voedingsstoffen waar veel andere organismen niet kunnen overleven.

Deze kleine planktonische gastheren en hun algenpartners kunnen een grote rol spelen bij het verwijderen van koolstofdioxide uit de atmosfeer. Symbiotische algen fixeren kooldioxide in een hoog tempo tijdens fotosynthese, maar wanneer hun gastheren sterven, dragen hun zware strontiumskeletten hen naar de bodem van de oceaan, koolstof diep onder het oppervlak op te sluiten en uit de atmosfeer te houden. "In ons heden, met koolstof verrijkte atmosfeer, het heeft de voorkeur, op een manier, om snel zinkende fotosynthesizers te hebben, ", legt Brisbin uit.

Maar wat, als iets, de algenwinst van deze symbiose is niet duidelijk. Sommige biologen denken dat de relatie tussen de planktonische gastheren en symbiotische algen omgekeerd parasitisme is - een soort slavernij, waar de gastheren de algen exploiteren. Echter, Brisbin denkt dat er meer in het verhaal zit.

"Ik ben geïnteresseerd om erachter te komen of de algen iets uit de relatie halen, of als ze gewoon door het plankton worden gekweekt en later worden verteerd, " ze zegt.

Brisbin en collega's verzamelden monsters van zeewater vol met het kleine plankton tijdens een onderzoeksreis van een maand in de Oost-Chinese Zee. Ze filterden zeewater door een planktonnet om acantharen te verzamelen, vervolgens elke afzonderlijke gastheercel overgebracht naar een aparte schaal, een voor een, met behulp van een glazen micropipet. Ze bewaarden ook enkele zeewatermonsters van elke locatie, zodat ze de vrijlevende algen in het water konden vergelijken met de algen die in de planktonische gastheren werden gevonden.

Volgende, ze deden een genetische analyse van de organismen, het extraheren van RNA uit individuele gastheercellen en het sequencen van een markergen met de steun van OIST's Sequencing Section om het aantal verschillende soorten algen binnen elke individuele acantharian gastheer te bepalen. Ze ontdekten dat elke gastheer een diverse gemeenschap van symbiotische algen bevat, wat suggereert dat de planktongastheren tijdens hun leven meerdere keren algen verzamelen. Hun bevindingen zijn beschikbaar als preprint op bioRxiv.

De onderzoekers ontdekten ook dat de genetische sequenties van algen in de planktongastheren significant verschilden van die van algen in het zeewater waaruit het plankton werd gevonden, wat betekent dat de twee populaties verschillende soorten algen bevatten. Dit houdt in dat het plankton ofwel kiest welke specifieke algen ze opnemen, of dat de symbiotische algen er voor langere tijd in blijven.

Confocale fluorescentiemicroscopie op de spijsverteringsorganellen van de acanthariërs onthulde dat de organismen de algen niet verteerden. Dit komt overeen met het idee dat de algen in de loop van de tijd door hun gastheren worden onderhouden.

Een langdurig verblijf in de planktongastheren kan algen beschermen tegen opeten door andere organismen of ze beschermen tegen virale infectie. Verdere studies zullen moeten onderzoeken of de algen echt de vruchten plukken van de symbiose, maar de onderzoekers concludeerden dat het op zijn minst mogelijk is dat deze relatie mutualistisch is, in plaats van uitbuitend, zoals eerder voorgesteld.