Microbiologische onderzoekers van de Oregon State University hebben nieuw licht geworpen op de mechanismen van koolstofcycli in de oceaan, met behulp van een nieuwe benadering om bij te houden welke microben verschillende soorten organische koolstof consumeren die worden geproduceerd door gewone fytoplanktonsoorten.

Het onderzoek is een belangrijke stap in de richting van het voorspellen van hoeveel koolstof de oceaan zal verlaten voor de atmosfeer als broeikasgas koolstofdioxide en hoeveel koolstof zal belanden in mariene sedimenten, zei Ryan Müller, universitair hoofddocent bij de afdeling Microbiologie van OSU en de leider van de studie.

De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Ons onderzoek toont aan dat verschillende soorten microben in de oceaan zeer specifiek en toch voorspelbaar zijn in de voedselbronnen die ze het liefst eten, " zei eerste auteur Brandon Kieft, een recente Oregon State Ph.D. afgestudeerde die nu een postdoctoraal onderzoeker is aan de Universiteit van British Columbia. "Aangezien de wereldwijde klimaatverandering de oceanische omgevingen in een snel tempo blijft veranderen, de beschikbaarheid van voedselbronnen voor microben zal ook veranderen, uiteindelijk de voorkeur aan bepaalde typen boven andere."

Fytoplankton zijn microscopisch kleine organismen aan de basis van de voedselketen van de oceaan en een belangrijk onderdeel van een kritische biologische koolstofpomp. De meeste drijven in het bovenste deel van de oceaan, waar zonlicht ze gemakkelijk kan bereiken.

De kleine autotrofe planten - ze maken hun eigen voedsel - hebben een groot effect op de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer door het op te zuigen tijdens fotosynthese. Het is een natuurlijke gootsteen en een van de belangrijkste manieren waarop CO ₂ , het meest voorkomende broeikasgas, wordt uit de atmosfeer geschrobd; kooldioxide in de atmosfeer is met 40% gestegen sinds het begin van het industriële tijdperk, een grote bijdrage leveren aan een opwarmende planeet.

"We bestuderen de consumenten - de heterotrofe microben - van het organische materiaal gemaakt door de primaire producenten, het microbiële fytoplankton, "Zei Mueller. "Beide groepen zijn microben, de eerste verbruikt voornamelijk organische koolstof als voedselbron, terwijl de laatste hun eigen organische koolstof 'repareren'. Microben vormen de basis van het voedselweb en de biologische koolstofpomp, en ons werk is vooral gericht op het onderzoeken wat de consumenten in dit systeem doen."

De oppervlakte-oceaan slaat bijna net zoveel koolstof op als er in de atmosfeer bestaat. Terwijl de oceaan atmosferische koolstofdioxide aanzuigt, fytoplankton gebruikt de CO ₂ en zonlicht voor fotosynthese:ze zetten ze om in suikers en andere verbindingen die de cellen kunnen gebruiken voor energie, daarbij zuurstof produceren.

Deze zogenaamde vaste koolstof vormt het dieet van heterotrofe microben en hogere organismen van het mariene voedselweb zoals vissen en zoogdieren, die uiteindelijk de koolstof weer omzetten in atmosferische CO ₂ door ademhaling of bijdragen aan de koolstofvoorraad op de bodem van de oceaan wanneer ze afsterven en zinken.

De collectieve ademhalingsactiviteit van de heterotrofe microbiële consumenten is de belangrijkste manier waarop vaste opgeloste organische koolstof uit fytoplankton wordt teruggevoerd naar de atmosfeer als CO ₂ .

Müller, Kieft en medewerkers van de nationale laboratoria Oak Ridge en Lawrence Livermore en de universiteiten van Tennessee, Washington en Oklahoma gebruikten stabiele isotopenlabels om koolstof te volgen terwijl het zijn weg vond naar de organische materie geproduceerd door het fytoplankton en, uiteindelijk, de heterotrofe microben die het consumeren.

De wetenschappers gebruikten die isotopen om te zien welke organismen diatomeeën aten en welke cyanobacteriën consumeerden, twee soorten fytoplankton die samen het grootste deel van de vaste koolstof in de oceaan produceren. De onderzoekers konden ook zien wanneer de consumptie plaatsvond, bijvoorbeeld soms produceerden de fytoplanktoncellen stoffen die bekend staan ​​als lysaten tijdens hun doodsfase of exsudaten tijdens hun groeifase.

"Onze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor het begrijpen van hoe mariene microben en fotosynthetische algen samenwerken om de wereldwijde koolstofcyclus te beïnvloeden en hoe dit oceanische voedselweb kan reageren op voortdurende veranderingen in het milieu, "Zei Kieft. "Dit zal ons helpen te voorspellen hoeveel koolstof terug in de atmosfeer zal gaan en hoeveel er eeuwenlang in mariene sedimenten zal worden begraven."