Kleine algen in de oceanen en meren van de aarde nemen zonlicht en koolstofdioxide op en veranderen ze in suikers die de rest van het aquatische voedselweb ondersteunen, ongeveer evenveel koolstof opslokken als alle bomen en planten ter wereld samen.

Nieuw onderzoek toont aan dat er een cruciaal stuk ontbreekt in de conventionele verklaring voor wat er gebeurt tussen deze eerste "fixatie" van CO ₂ in fytoplankton en de uiteindelijke lozing ervan in de atmosfeer of afdaling naar diepten waar het niet langer bijdraagt ​​aan de opwarming van de aarde. Het ontbrekende stuk? Schimmel.

"In principe, koolstof beweegt zich in aquatische milieus anders door de voedselketen dan we vaak denken, " zei Anne Dekas, een assistent-professor aardsysteemwetenschap aan de Stanford University. Dekas is de senior auteur van een paper gepubliceerd op 1 juni in Proceedings van de National Academy of Sciences dat kwantificeert hoeveel koolstof er gaat in parasitaire schimmels die microalgen aanvallen.

Onderwater draaimolen

Onderzoekers hebben tot nu toe voorspeld dat de meeste koolstof vastzit in kolonies met harde schaal, eencellige algen, ook wel diatomeeën genoemd, komen vervolgens rechtstreeks in bacteriën terecht of lossen op als thee in het omringende water, waar het grotendeels wordt opgenomen door andere bacteriën. Conventioneel denken gaat ervan uit dat koolstof uit deze microbiële lus ontsnapt, voornamelijk door grotere organismen die op de bacteriën of diatomeeën grazen, of via de CO ₂ die terugkeert naar de atmosfeer terwijl de microben ademen.

Deze reis is belangrijk in de context van klimaatverandering. "Om koolstofvastlegging te laten plaatsvinden, koolstof uit CO ₂ moet door de voedselketen omhoog gaan tot stukjes biomassa die groot genoeg zijn om naar de bodem van de oceaan te zinken, "Zei Dekas. "Zo is het echt uit de atmosfeer verwijderd. Als het alleen maar lange perioden op het oppervlak van de oceaan ronddraait, het kan weer in de lucht worden vrijgegeven als CO ₂ ."

Het blijkt dat schimmel een ondergewaardeerde expressstraat voor koolstof creëert, maar liefst 20 procent van de koolstof gefixeerd door diatomeeën uit de microbiële lus en in de schimmelparasiet "rangeren". "In plaats van door deze draaimolen te gaan, waar de koolstof uiteindelijk terug kan gaan naar de atmosfeer, je hebt een directere route naar de hogere niveaus in het voedselweb, ' zei Dekas.

De bevindingen hebben ook implicaties voor industriële en recreatieve omgevingen die te maken hebben met schadelijke algenbloei. "In de aquacultuur om het primaire gewas te behouden, zoals vis, gezond, aan het water kunnen fungiciden worden toegevoegd, " zei Dekas. Dat zal schimmelinfectie van de vissen voorkomen, maar het kan ook een einde maken aan een natuurlijke controle op algenbloei die de industrie zo'n $ 8 miljard per jaar kost. "Totdat we de dynamiek tussen deze organismen begrijpen, we moeten behoorlijk voorzichtig zijn met het managementbeleid dat we gebruiken."

Microbiële interacties

De auteurs baseerden hun schattingen op experimenten met populaties van chytrideschimmels genaamd Rhizophydiales en hun gastheer, een soort zoetwateralgen of diatomeeën genaamd Asterionella formosa . Coauteurs in Duitsland werkten om deze microben te isoleren, evenals bacteriën die in en rond hun cellen worden aangetroffen, uit water verzameld uit het meer van Stechlin, ongeveer 60 mijl ten noorden van Berlijn.

"Het is moeilijk om één micro-organisme uit de natuur te isoleren en het in het laboratorium te laten groeien, maar het isoleren en onderhouden van twee micro-organismen als een pathosysteem, waarin de een de ander doodt, is een echte uitdaging, " zei hoofdauteur Isabell Klawonn, die als postdoctoraal onderzoeker aan het onderzoek werkte in het laboratorium van Dekas in Stanford. "Er zijn daarom maar een paar modelsystemen beschikbaar om dergelijke parasitaire interacties te onderzoeken."

Wetenschappers vermoedden al in de jaren veertig dat parasieten een belangrijke rol speelden bij het beheersen van de overvloed aan fytoplankton, en ze observeerden epidemieën van chytride-schimmelinfecties Asterionella bloeit in meerwater. Technologische vooruitgang heeft het mogelijk gemaakt om deze onzichtbare werelden in fijne en meetbare details uit elkaar te halen - en hun invloed in een veel groter geheel te zien.

"We realiseren ons als gemeenschap dat niet alleen de mogelijkheden van een individueel micro-organisme belangrijk zijn om te begrijpen wat er in de omgeving gebeurt. Het is hoe deze micro-organismen met elkaar omgaan, ' zei Dekas.

De auteurs hebben interacties binnen het Lake Stechlin-pathosysteem gemeten en geanalyseerd met behulp van genomische sequencing; een fluorescentiemicroscopietechniek waarbij fluorescerende kleurstof aan RNA in microbiële cellen wordt bevestigd; en een zeer gespecialiseerd instrument in Stanford - een van de slechts enkele tientallen ter wereld - genaamd NanoSIMS, waarmee kaarten op nanoschaal worden gemaakt van de isotopen van elementen die in verdwijnende kleine hoeveelheden in materialen aanwezig zijn. Dekas zei, "Om deze eencellige metingen te laten zien hoe fotosynthetische koolstof tussen specifieke cellen stroomt, van de diatomeeën tot de schimmel tot de bijbehorende bacteriën, het is de enige manier om het te doen."

De exacte hoeveelheid koolstof die van de microbiële draaimolen naar de schimmel wordt geleid, kan in andere omgevingen verschillen. Maar de ontdekking dat het zelfs in één omgeving tot 20 procent kan oplopen, is significant, zei Dekas. "Als je dit systeem met meer dan een paar procent in welke richting dan ook verandert, het kan dramatische gevolgen hebben voor biogeochemische cycli. Het maakt een groot verschil voor ons klimaat."