De South Pacific Gyre is een oceaanwoestijn. Echter, vanwege zijn enorme omvang dragen de microbiële bewoners van de South Pacific Gyre aanzienlijk bij aan de wereldwijde biogeochemische cycli. In een ongeëvenaard onderzoek wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen, Duitsland, hebben nu een uitgebreide inventarisatie gemaakt van de microbiële gemeenschap van de South Pacific Gyre. Dit inzicht werd bereikt door de ontwikkeling van een nieuwe tool die de analyse aan boord van de kleinste bewoners van de oceaan mogelijk maakt.

Het midden van de Stille Zuidzee is zo ver mogelijk van het land verwijderd. De zonnestraling is gevaarlijk hoog, het bereiken van een UV-index die als 'extreem' wordt bestempeld. Er zijn geen stofdeeltjes of instromen van het land en als gevolg hiervan hebben deze wateren extreem lage nutriëntenconcentraties, en worden daarom 'ultraoligotrofisch' genoemd. Chlorofylhoudend fytoplankton (minuutalgen) komen alleen voor op diepten van meer dan honderd meter, waardoor de oppervlaktewateren van de Stille Zuidzee de helderste ter wereld zijn. Vanwege zijn afgelegen ligging en enorme omvang beslaat de South Pacific Gyre 37 miljoen km ² (ter vergelijking, de VS bestrijken minder dan 10 miljoen km ² ) - het is ook een van de minst bestudeerde regio's op onze planeet.

Ondanks de afgelegen ligging, zowel satelliet- als in situ-metingen geven aan dat de micro-organismen die in de wateren van de South Pacific Gyre (SPG) leven, aanzienlijk bijdragen aan de wereldwijde biogeochemische cycli. Dus, de wetenschappers uit Bremen waren geïnteresseerd om te ontdekken welke microben in deze oceaanwoestijn leven en actief zijn. Tijdens een zes weken durende onderzoekscruise op het Duitse onderzoeksschip FS Sonne, georganiseerd en geleid door het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie, Greta Reintjes, Bernhard Fuchs en Tim Ferdelman verzamelden honderden monsters langs een 7000 kilometer lange baan door de South Pacific Gyre van Chili naar Nieuw-Zeeland. De wetenschappers bemonsterden de microbiële gemeenschap op 15 stations in waterdiepten van 20 tot meer dan 5000 meter, dat is, van het oppervlak helemaal tot aan de zeebodem.

Lage celaantallen en onverwachte distributies

"Tot onze verbazing we vonden ongeveer een derde minder cellen in oppervlaktewateren in de Stille Zuidzee in vergelijking met oceaangyres in de Atlantische Oceaan", Dat meldt Bernhard Fuchs. "Het was waarschijnlijk het laagste aantal cellen ooit gemeten in oceanische oppervlaktewateren." De soorten microben waren meestal bekend:"We vonden vergelijkbare microbiële groepen in de SPG als in andere voedselarme oceaangebieden, zoals Prochlorococcus, SAR11, SAR86 en SAR116", Fuchs gaat door. Maar er was ook een verrassende gast onder de dominante groepen in de goed verlichte oppervlaktewateren:AEGEAN-169, een organisme dat voorheen alleen in diepere wateren werd waargenomen.

Reintjes en haar collega's ontdekten een uitgesproken verticaal verspreidingspatroon van micro-organismen in de SPG. "De samenstelling van de gemeenschap veranderde sterk met de diepte, die direct verband hield met de beschikbaarheid van licht", Reintjes meldt. Verrassend genoeg, het dominante fotosynthetische organisme, Prochlorococcus, was in vrij lage aantallen aanwezig in de bovenste wateren en vaker op 100 tot 150 meter waterdiepte. De nieuwe speler in het spel echter, AEGEAN-169, was bijzonder talrijk in de oppervlaktewateren van de centrale gyre. "Dit duidt op een interessante potentiële aanpassing aan ultraoligotrofe wateren en hoge zonnestraling, Reintjes merkt op. "Het is zeker iets dat we verder zullen onderzoeken." AEGEAN-169 is tot nu toe alleen gemeld in waterdiepten van ongeveer 500 meter. "Het is waarschijnlijk dat er meerdere ecologische soorten binnen deze groep zijn en we zullen dit uitvoeren verdere metagenomische studies om hun belang in de meest oligotrofe wateren van de SPG te onderzoeken."

Methodologische mijlpaal

Het huidige onderzoek was alleen mogelijk dankzij een nieuw ontwikkelde methode waarmee de wetenschappers monsters direct na afname konden analyseren. "We hebben een nieuwe pijplijn voor analyse aan boord ontwikkeld, " legt Reintjes uit, "die slechts 35 uur na de bemonstering informatie levert over de identiteit van bacteriën." Gebruikelijk, deze analyses nemen vele maanden in beslag, het verzamelen van de monsters, ze mee naar huis te nemen naar het lab en ze daar te analyseren. Deze pijplijn combineert sequencing van de volgende generatie met fluorescentie in situ hybridisatie en geautomatiseerde celtelling. "Het resultaat van onze methodeontwikkelingen is een goed toepasbaar systeem voor een efficiënte, kostenefficiënt, veld gebaseerd, uitgebreide microbiële gemeenschapsanalyse", Reintjes wijst erop. "Het stelt microbiële ecologen in staat om meer gerichte bemonstering uit te voeren, waardoor ons begrip van de diversiteit en metabolische mogelijkheden van belangrijke micro-organismen wordt vergroot."