ETH-onderzoekers hebben individuele mariene bacteriële cellen geanalyseerd om aan te tonen dat metabolische processen in hen de hoeveelheid gas bepalen die ze afgeven, die betrokken is bij wolkenvorming.

Meteorologen weten al bijna 50 jaar dat het spreekwoordelijke klapperen van de vleugels van een vlinder een orkaan op een heel andere locatie kan veroorzaken. De chaostheoreticus Edward Norton Lorenz bedacht in 1972 de term "vlindereffect" om het begrip te beschrijven dat minimale veranderingen in de beginomstandigheden een groot effect kunnen hebben op de latere ontwikkeling van dynamische systemen.

Oceanen zijn de longen van de aarde

Maar nu suggereren de resultaten van de onderzoeksgroep onder leiding van Roman Stocker van het Institute of Environmental Engineering aan de ETH Zürich dat in de toekomst, meteorologen zullen niet alleen aandacht moeten besteden aan vlinders, maar ook aan en bovenal, aan bacteriën die in oceanen leven. "We hebben laten zien onder welke omstandigheden deze bacteriën een gas afgeven dat een centrale rol speelt bij de vorming van wolken, ', zegt Stoker.

In hun werk, die zojuist in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie , de onderzoekers keken naar de micro-organismen die zich voeden met de stofwisselingsproducten van marien fytoplankton. Deze term omvat een grote verscheidenheid aan microscopisch kleine algen die samen meer fotosynthese uitvoeren dan alle planten. Dat betekent dat de echte longen van de aarde niet de bossen zijn, maar de oceanen:daar wordt ongeveer de helft van de zuurstof in de atmosfeer van de aarde geproduceerd. Elk jaar produceert het fytoplankton ook meer dan een miljard ton van een stof genaamd dimethylsulfoniopropionaat, of kortweg DMSP.

Geur van de zee

"DMSP voldoet aan 95 procent van de vraag naar zwavel in zeebacteriën en 15 procent van de vraag naar bacteriële koolstof, " zegt Cherry Gao, hoofdauteur van de studie en een promovendus in de groep van Stocker. Om DMSP om te zetten in biomassa, de bacteriën hebben twee verschillende metabole routes:als ze het demethyleren, ze gebruiken zowel de zwavel als de koolstof; indien, echter, ze splitsen het in verschillende kleine moleculen, ze gebruiken alleen de koolstof, terwijl de zwavel in de atmosfeer ontsnapt in de vorm van dimethylsulfide (DMS). "DMS is wat verantwoordelijk is voor de typische geur van de zee, " zegt Stocker. Bovendien, DMS speelt een cruciale rol bij wolkenvorming als bron van condensatiekernen waarrond waterdamp kan condenseren.

Tot nu, wetenschappers begrepen niet wat de bacteriën ertoe bracht om voor de ene of de andere metabolische route te kiezen. Het onderzoeksteam van Stocker heeft een mariene bacterie van de soort Ruegeria pomeroyi genetisch gemodificeerd zodat deze in verschillende kleuren fluoresceerde, afhankelijk van het biochemische proces dat het gebruikte om de DMSP te transformeren. Hierdoor konden de onderzoekers aantonen dat bij lage concentraties DMSP, de bacteriën zijn voornamelijk afhankelijk van demethylering - terwijl ze bij hoge concentraties van enkele micromol per liter, het splitsingsproces domineert.

Van dichterbij bekijken

De gemiddelde concentratie van DMSP in zeewater is slechts enkele nanomol per liter. Onder deze omstandigheden, de metabole route van splitsing is van verwaarloosbaar belang; de bacteriën gebruiken de zwavel voor hun groei en er vindt geen wolkvorming plaats. "Maar het gemiddelde - dat wil zeggen de concentratie DMSP die wordt gevonden in een grote emmer die eenvoudig in de zee is gedompeld met de conventionele meetmethode - vertelt slechts de helft van het verhaal, Stocker zegt:"De andere helft onthult zich pas bij nader inzien."

Want overal waar fytoplankton bloeit, DMSP-concentraties kunnen duizenden keren hoger zijn. Het lijkt erop dat mariene bacteriën zich hebben aangepast aan deze ongelijke verdeling van DMSP in zeewater. Als ze in de directe nabijheid van de microscopisch kleine algen groeien, ze beginnen de DMSP te splitsen. "Dus de mate van wolkenvorming kan uiteindelijk ook afhangen van de details van de interactie van algen en bacteriën in de zee, ', zegt Stoker.