Zeedieren moeten naar de wc, te, en in aquaria, dat de taak creëert om het water te zuiveren van afval zoals ammoniak, nitrieten en nitraten. Goede bacteriën breken stikstofverbindingen af ​​in Georgia Aquarium, en in een nieuwe studie, sommige bacteriegemeenschappen daar imiteerden die die van nature in oceanen voorkomen verrassend goed.

"Het was fenomenaal. Ik had dit niet verwacht, " zei Frank Stewart, hoofdonderzoeker van de studie onder leiding van het Georgia Institute of Technology. "De microbiële gemeenschappen zijn gezaaid uit microben afkomstig van de dieren en hun voedsel in een aquarium dat niet in de oceaan stroomt. Maar deze zagen eruit als natuurlijke microbiële gemeenschappen in de zee."

Dat is goed nieuws voor de duizenden zeefauna, inclusief walvishaaien, mantaroggen en een zeeschildpad genaamd "Tank, " die in de Ocean Voyager van Georgia Aquarium wonen, de grootste overdekte oceanische tentoonstelling in de Verenigde Staten met bijna 24 miljoen liter (6,3 miljoen gallons) samengesteld zeewater. De onderzoekers analyseerden in de loop van de tijd twee bacteriële gemeenschappen in de tentoonstelling en ontdekten dat sommige gemeenschappen beter opruimen dan andere.

'Echte gamechanger'

"De bacteriële analyse is een echte gamechanger geweest voor Georgia Aquarium, " zei Eric Hall, die meewerkte aan het onderzoek en Senior Director is voor Life Support Systems en Water Quality voor het aquarium. "We hebben nu een veel beter begrip van hoe deze gunstige bacteriële microgemeenschap eruitziet die in het habitatwater en in onze filters leeft."

De onderzoekers zouden graag willen dat hun voortdurende werk aquariumexploitanten overal ter wereld helpt om bacteriekolonies te optimaliseren voor maximale waterzuivering. Georgia Tech en Georgia Aquarium, een non-profit organisatie voor zeedieren, publiceerden hun analyse in het tijdschrift Toegepaste en milieumicrobiologie op vrijdag, 29 september 2018.

Eerste auteur was Andrew Burns, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Stewart. Het onderzoek is gefinancierd door de Simons Stichting, de Nationale Wetenschapsstichting, en de Teasley Endowment.

Vispoep weg

Om fris te blijven, Het water van Ocean Voyager stroomt door een reeks reinigingsprocessen. In de tank, zoals in oceanen, bacteriën breken uitwerpselen af, ammoniak en ander afval, dan stroomt het water van de aquariumtentoonstelling door filters die meer dingen verwijderen, inclusief nitrieten.

Het water stroomt ook door speciale bacteriële reactoren, en tegen die tijd is het vrij van bijna alles behalve nitraten, die giftig kunnen worden als ze zich ophopen tot hoge concentraties. In de reactoren kolonies van bacteriën, de focus van deze studie, nitraten afbreken.

De reactoren, of "kussens, " hebben bijna geen zuurstof en bieden bacteriën zwavel als voedsel. Dus, anaërobe bacteriën verzamelen zich daar om de zwavel te "eten" en de nitraten "op te ademen" om stikstofgas te vormen, die naar de atmosfeer kan borrelen. De atmosfeer van de aarde bestaat van nature uit ongeveer 78 procent stikstof.

Bonte bacteriële verrassing

De bacteriegemeenschappen die de onderzoekers tegenkwamen in de twee pads die ze bestudeerden, deden de verwachtingen teniet. Voor een, de onderzoekers dachten dat ze beide pads zouden kunnen vinden die worden gedomineerd door een iconische denitrificerende bacterie genaamd Thiobacillus denitrificans, die kan worden gebruikt om professionele en thuisaquaria met de hand te zaaien. Ze deden niet.

"Het dook zeker op in onze systemen, maar de genen voor de gereedschappen die Thiobacillus denitrificans bij zich draagt ​​om deze processen uit te voeren, waren wijd verspreid over veel verschillende soorten microben, " zei Stewart, die universitair hoofddocent is aan de Georgia Tech's School of Biological Sciences. "De diversiteitsniveaus waren gewoon uitstekend."

Ook, de samenstellingen van bacteriële gemeenschappen in de twee pads waren vrijwel elkaars tegenpolen.

"In een van de pads hadden we een soort die ongeveer 90 procent van de gemeenschap werd, "Zei Burns. Het was een stam die verwant was aan een soort genaamd Thiobacillus thioparus. "De andere pad had een veel diversere gemeenschap met veel verschillende soorten en zelfs geslachten." (Genus is de taxonomische categorie boven soorten.)

"Zelfs als we kijken naar enkele van de belangrijkste bijdragers, er was één geslacht van Sulfurimonas (bacteriën) en zelfs die hadden een heleboel verschillende soorten, ongeveer 150 soorten of stamvarianten in plaats van zeg maar, tien, die men had kunnen verwachten, ' zei Stewart.

Bacteriële NFL-tocht

Zoals sportteams, de twee bacteriële gemeenschappen verzamelden verschillende spelers. Eén team had één grote sterspeler, en het andere team spreidde de vaardigheden die nodig zijn voor alle chemische stappen gelijkmatiger over de ploeg.

"We ontdekten dat in veel van deze systemen een enkele bacterie de belangrijkste bijdrage gaat leveren en dat hij alle anderen zal overtreffen en de meerderheid van de gemeenschap zal worden en het grootste deel van het metabolisme zal doen, " zei Burns. "In onze studie, deze pad bleek beter te zijn in denitrificatie."

Maar het kan ook andersom werken, dat bepaalde gemengde bacteriële gemeenschappen efficiënter kunnen werken, Burns zei, en zelfs in systemen waar één speler de ster is, variatie kan kracht toevoegen.

"Het kan dat bacteriële systeem een ​​back-up geven, "Zei Burns. "Als het op slechts één grote speler afhing, als er iets mee is gebeurd, het hele systeem kan crashen."

"Wat echt interessant is, is hoeveel van een bepaalde soort er in ons systeem zijn en vooral om erachter te komen wat ze doen, " zei Hall. "Deze microscopisch kleine wezens hangen niet alleen rond, maar doen ook daadwerkelijk nuttige dingen voor ons water dat we dit voorheen niet goed begrepen."

Het is te vroeg om aanbevelingen te doen, maar gezien de eerste waarnemingen, de onderzoekers denken dat iedereen die bacteriën voor het aquarium probeert te optimaliseren, niet per se één groot organisme van buitenaf in een systeem hoeft te gooien. Door in plaats daarvan een grote bacteriële gemeenschap over te halen om zichzelf te assembleren, kan de reinigingskracht worden gemaximaliseerd.