Diatomeeën zijn kleine eencellige planten - niet groter dan een halve millimeter - die het oppervlaktewater van de oceanen van de wereld bewonen, waar veel zonlicht binnendringt. Ondanks hun bescheiden omvang, ze zijn een van 's werelds krachtigste middelen voor het verwijderen van kooldioxide (CO ₂ ) uit de atmosfeer. Ze verwijderen momenteel, of "repareren, " 10-20 miljard ton CO ₂ elk jaar door het proces van fotosynthese. Maar er is niet veel bekend over welke biologische mechanismen diatomeeën gebruiken, en of deze processen mogelijk minder effectief worden met stijgende oceaanzuurgraad, temperaturen, en, vooral, CO ₂ concentraties. Een nieuwe studie in Grenzen in de plantenwetenschappen laat zien dat diatomeeën overwegend één route gebruiken om CO . te concentreren ₂ in de buurt van koolstoffixerend enzym en dat dit ook bij hogere CO . blijft werken ₂ concentraties.

"We laten zien dat mariene diatomeeën super slim zijn in het vastleggen van atmosferische CO ₂ zelfs op het huidige CO .-niveau ₂ —en de variabiliteit in oppervlaktezeewater CO ₂ niveaus hadden geen invloed op de genexpressie en abundantie van de vijf belangrijkste enzymen die worden gebruikt bij koolstoffixatie, " zegt de groepsleider van het onderzoek, Dr. Haimanti Biswas van het National Institute of Oceanography-CSIR (Raad voor Wetenschappelijk en Industrieel Onderzoek), Indië. "Dit beantwoordt een belangrijke vraag over hoe mariene diatomeeën kunnen reageren op de toekomstige toename van CO . in de atmosfeer ₂ niveaus."

Het plantenrijk heeft een breed scala aan mechanismen ontwikkeld om CO . te concentreren ₂ van de lucht, of water, en het omzetten in organische koolstof. Op deze manier, planten zetten CO . om ₂ omgezet in glucose en andere koolhydraten, die ze gebruiken als bouwstenen en energieopslag. Maar deze verschillende mechanismen hebben verschillende sterke en zwakke punten. Enigszins ironisch, het enige koolstoffixerende enzym, RuBisCO, is notoir inefficiënt in het vastleggen van CO ₂ en daarom moeten planten CO . vasthouden ₂ niveaus hoog In de buurt van dit enzym.

Om beter te begrijpen welk mechanisme diatomeeën gebruiken om CO . te concentreren ₂ , Biswas en haar medewerkers, Drs Chris Bowler en Juan Jose Pierella Karluich van het Institut de Biologie de I'Ecole Normale Supérieure, Parijs, Frankrijk, heeft een dataset gewonnen van de onderzoeksexpeditie Tara Oceans. De internationale Tara-expeditie verzamelde gedurende meerdere jaren (2009 tot 2013) mariene planktonmonsters van over de hele wereld. Deze omvatten meer dan 200 metagenomen (die de overvloed aan genen tonen die verantwoordelijk zijn voor de vijf sleutelenzymen) en meer dan 220 metatranscriptomen (die de expressie van de genen voor de vijf sleutelenzymen tonen) van diatomeeën van verschillende grootteklassen.

Biswas en haar medewerkers waren vooral geïnteresseerd in hoe vaak de genen van vijf belangrijke koolstofbindende enzymen aanwezig zijn, en of er verschillen waren in hun overvloed en expressieniveaus, afhankelijk van locatie en omstandigheden. Over alle gemeten monsters, één enzym was ongeveer tien keer overvloediger dan een van de andere enzymen. Dit enzym, koolzuuranhydrase genaamd, is vooral informatief omdat het ook bevestigt dat diatomeeën actief in opgeloste CO pompen ₂ in de cel, in tegenstelling tot het biochemisch transformeren van CO ₂ eerst.

Het team observeerde ook complexe verschillende patronen van de genexpressie van de belangrijkste enzymen, die varieerde afhankelijk van de breedtegraad en temperatuur. De onderzoekers hopen meer te leren met behulp van nieuwe datasets van meer wijdverbreide toekomstige expedities.

"Tot dusver, onze studie geeft aan dat ondanks variabiliteit in CO ₂ niveaus, deze kleine autotrofen zijn zeer efficiënt in het concentreren van CO ₂ in de cel, ", zegt Biswas. "Dat is de waarschijnlijke reden voor hun vermogen om bijna een vijfde van de wereldwijde koolstoffixatie op aarde op te lossen."