In de wereldzeeën, microben vangen zonne-energie op, katalyseren belangrijke biogeochemische transformaties van belangrijke elementen, broeikasgassen produceren en consumeren, en vormen de basis van het mariene voedselweb. Microbiële ecologen die werken in het laboratorium van Sonya Dyhrman in het Lamont-Doherty Earth Observatory, streven ernaar de ecosysteemprocessen van de oceanen te begrijpen door een groot aantal wezens te bestuderen, de meeste te klein voor het menselijk oog om te zien. Dit zijn de kleine microben genaamd fytoplankton die onder het oceaanoppervlak leven, kooldioxide opnemen, zonlicht en voedingsstoffen om zuurstof te produceren. Die zuurstof is essentieel voor het voortbestaan ​​van de mens.

"Een van de motto's van ons lab is 'haal adem, dank een fytoplankton, '", zei onderzoeker Matthew Harke. Diatomeeën, een soort microscopisch fytoplankton, produceren naar schatting een vijfde van de zuurstof die we inademen.

"De onzichtbare microbiële wereld ligt ten grondslag aan de visserij, klimaat, en de eigenlijke functie van oceaanecosystemen, en we willen weten hoe die ecosystemen in de toekomst gaan verschuiven, ", legt Dyhrman uit.

Een van de vragen die het team van Dyhrman drijft, is:hoe overleven en gedijen deze uiterst belangrijke diatomeeën onder moeilijke omstandigheden? Een nieuwe studie, geschreven door Harke en leden van het Dyhrman-team, die vandaag in ISME is gepubliceerd, werpt licht.

"Op basis van dit laatste onderzoek, we zouden waarschijnlijk ons ​​lab-motto moeten veranderen in 'haal adem, bedank een fytoplankton en hun vrienden, '" zei Harke. Zijn ontdekking kenmerkt een symbiotische relatie tussen diatomeeën en bacteriën. "We hadden het gevoel dat deze vriendschappelijke relatie van cruciaal belang was voor het succes van de diatomeeën, maar hun relatie was grotendeels onbekend, ' zei Harke.

Het onderzoek van Harke en het team beschrijft een functie die vergelijkbaar is met die van de menselijke spijsvertering.

"We weten dat het menselijke microbioom van cruciaal belang is voor onze gezondheid - we zouden onze lunch niet kunnen verteren zonder de vele nuttige bacteriën die bij ons leven! Met mijn onderzoek, we laten zien dat fytoplankton ook afhankelijk is van nuttige bacteriële partnerschappen, ' zei Harke.

De microscopische organismen waarin het team geïnteresseerd was, omvatten een diatomee en zijn symbiotische stikstofbindende cyanobacteriënpartner. Omdat deze organismen in het laboratorium erg moeilijk te kweken zijn, het Dyhrman-team moest naar het midden van de Stille Oceaan varen, honderden mijlen voor de kust van Hawaï, om ze te vinden. Dit is een groot oceaangebied dat wordt vastgehouden door stromingen die bekend staan ​​als de North Pacific Subtropical Gyre (NPSG). Dit afgezonderde water vormt een ecosysteem dat doorgaans weinig hulpbronnen bevat, zoals stikstof en fosfor. Het is een soort oceaanwoestijn in vergelijking met kustecosystemen die rijk zijn aan voedingsstoffen. Hier, het Dyhrman-lab heeft deelgenomen aan een doorlopende, gezamenlijke inspanning bekend als de Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology, of TOEPASSINGSGEBIED. De studie, gefinancierd door een miljoenensubsidie ​​van de Simons Foundation, betrekt wetenschappelijke partners over de hele wereld. Het team doorzocht duizenden liters zeewater, die ze in juli 2015 gedurende vier dagen verzamelden.

"Omdat ze microscopisch klein zijn, we gebruikten moleculaire hulpmiddelen om deze interacties te onderzoeken. Van het gefilterde water, we hebben alle genen gesequenced die door deze samenwerking werden aan- en uitgeschakeld en we hebben supercomputers gebruikt om te reconstrueren hoe hun metabolisme met elkaar verweven was gedurende dag-nachtcycli, ’ legde Harke uit.

belangrijk, het onderzoek suggereert dat deze "vrienden" diatomeeën kunnen helpen de barre omstandigheden van de open oceanen te overleven, waar voedingsstoffen voor planten schaars zijn. Bijvoorbeeld, het onderzoek was getuige van gedeelde genexpressiepatronen die wijzen op het delen van middelen die nodig zijn voor groei. De "vriend" van de diatomee in dit partnerschap is in staat stikstofgas op te vangen en om te zetten in een bruikbare vorm, het voeden van de diatomeeën broodnodige stikstof in ruil voor bescherming (diatomeeën hebben een glasachtige schaal) en koolstof. Het onderzoek vond ook genetisch bewijs voor hoe de twee organismen bij elkaar blijven en zich voortplanten.

"Met dit onderzoek we hebben een nieuwe kijk gegeven op hoe dit partnerschap werkt, inzicht geven in een basislijn die we moeten bestuderen om te voorspellen wat we kunnen verwachten in een toekomstige oceaan, " zei Harke. De NPSG is een van de grootste biomen op aarde. "Terwijl het klimaat blijft veranderen, deze oligotrofe [uitgehongerde] oceanen zullen naar verwachting uitbreiden, waardoor deze partnerschappen waarschijnlijk belangrijker worden."