Algen nemen kooldioxide (CO ₂ ) uit de atmosfeer en zet de koolstof om in biomassa terwijl de zuurstof terug naar de atmosfeer wordt afgegeven. Snelle algengroei tijdens fytoplanktonbloei leidt tot een massale overdracht van koolstofdioxide naar algenbiomassa. Maar wat gebeurt er vervolgens met de koolstof?

"Zodra de algen sterven, de koolstof wordt geremineraliseerd door micro-organismen die hun biomassa consumeren. Het wordt dus teruggestuurd naar de atmosfeer als koolstofdioxide. Alternatief, als de dode algen naar de zeebodem zinken, de organische stof wordt begraven in het sediment, mogelijk voor een zeer lange tijd, " legt eerste auteur Karen Krüger van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie in Bremen uit. "De processen achter de remineralisatie van koolstof uit algen zijn nog steeds niet volledig begrepen."

Dus, Krüger en haar collega's onderzochten micro-organismen tijdens lentealgenbloei in de zuidelijke Noordzee, op het eiland Helgoland. Ze keken specifiek naar het bacteriële gebruik van polysachariden - suikers die een aanzienlijk deel uitmaken van de algenbiomassa. Samen met collega's van het Max Planck Instituut, de Universiteit van Greifswald en het DOE Joint Genome Institute in Californië, Krüger voerde een gerichte metagenomische analyse uit van de Bacteroidetes-stam van bacteriën, omdat bekend is dat deze veel polysachariden consumeren. In detail, de wetenschappers keken naar genclusters die polysaccharide-gebruiksloci (PUL's) worden genoemd, die specifiek zijn gebleken voor een bepaald polysacharidesubstraat. Als een bacterie een specifieke PUL bevat, dat geeft aan dat het zich voedt met de overeenkomstige algensuiker.

Lage PUL-diversiteit

"In tegenstelling tot wat we hadden verwacht, de diversiteit van belangrijke PUL's was relatief laag, ", zegt Krüger. Slechts vijf belangrijke polysaccharideklassen werden regelmatig het doelwit van meerdere soorten bacteriën, namelijk bèta-glucanen (zoals laminarine, de belangrijkste opslagstof voor diatomeeën), alfa-glucanen (zoals zetmeel en glycogeen, ook algen en bacteriële bewaarmiddelen), mannanen en xylans (meestal componenten van de celwand van algen), en alginaten (meestal bekend als slijmerig spul geproduceerd door bruine macroalgen). Van deze vijf substraten, slechts twee (alfa- en bèta-glucanen) vormen de meerderheid van de substraten die tijdens een fytoplanktonbloei beschikbaar zijn voor de bacteriën. Dit houdt in dat de belangrijkste polysaccharidesubstraten die vrijkomen bij afstervende algen bestaan ​​uit een vrij kleine set basiscomponenten.

"Gezien wat we weten over de diversiteit van algen- en bacteriesoorten, en de enorme potentiële complexiteit van polysachariden, het was geen kleine verrassing om zo'n beperkt spectrum aan PUL's te zien, en in slechts een relatief klein aantal bacteriële clades, Co-auteur Ben Francis van het Max Planck Instituut voor Mariene Microbiologie vat het samen in een begeleidend commentaar. "Dit was vooral onverwacht omdat eerdere studies iets anders suggereerden. Een analyse van meer dan 50 bacteriële isolaten, d.w.z. bacteriën die in het laboratorium kunnen worden gekweekt - die onze werkgroep in hetzelfde bemonsteringsgebied uitvoerde, onthulde een veel grotere diversiteit aan PUL's, " hij voegt toe.

Tijdelijke opeenvolging van polysacharideafbraak

Tijdens de algenbloei, observeerden de wetenschappers een duidelijk patroon:in vroege bloeistadia, minder en eenvoudiger polysachariden domineerden, terwijl meer complexe polysachariden beschikbaar kwamen naarmate de bloei vorderde. Dit kan worden veroorzaakt door twee factoren, Francis legt uit:"Ten eerste, bacteriën zullen in het algemeen de voorkeur geven aan gemakkelijk afbreekbare substraten zoals eenvoudige opslagglycanen boven biochemisch meer veeleisende. Tweede, meer complexe polysachariden komen in toenemende mate beschikbaar tijdens een bloeicursus, als er steeds meer algen sterven."

Deze studie biedt ongekende inzichten in de dynamiek van een fytoplanktonbloei en zijn hoofdrolspelers. Een fundamenteel begrip van het grootste deel van de glycaan-gemedieerde koolstofstroom tijdens fytoplanktonbloei-gebeurtenissen is nu binnen handbereik. "Volgende, we willen dieper graven in processen die ten grondslag liggen aan de waargenomen dynamiek, " zegt Krüger. "Bovendien, het zal interessant zijn om de afbraak van polysachariden te onderzoeken in habitats met andere koolstofbronnen, zoals de arctische zeeën of het sediment."