Vědci rozluštili „chemickou měnu“ oceánu: Klíč k pochopení uhlíkového cyklu a života mikrobů

Nový výzkum vedený Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) a Kolumbijskou univerzitou odhalil rozmanitou sadu molekul, které uvolňuje mořský fytoplankton. Tyto molekuly jsou zásadní pro život mořských mikrobů a hrají klíčovou roli v uhlíkovém cyklu Země.

Nový výzkum vedený Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) a Kolumbijskou univerzitou odhalil rozmanitou sadu molekul, které uvolňuje mořský fytoplankton. Tyto molekuly jsou zásadní pro život mořských mikrobů a hrají klíčovou roli v uhlíkovém cyklu Země. Po dlouhou dobu byly tyto specifické sloučeniny záhadou, neboť jsou malé, obtížně detekovatelné ve slané vodě a rychle spotřebovávány jinými organismy téměř okamžitě po jejich produkci.

Fytoplankton, mikroskopické organismy, přijímá oxid uhličitý a přeměňuje ho na organický uhlík prostřednictvím fotosyntézy, podobně jako rostliny. Tento proces každoročně přesouvá desítky miliard tun uhlíku přes prosluněný povrch oceánu a přispívá k produkci kyslíku, který dýcháme. Tyto masivní přirozené toky uhlíku zdůrazňují ústřední roli povrchového oceánu v regulaci uhlíkového cyklu Země.

Pro tuto studii vědci umístili šest druhů fytoplanktonu, reprezentujících hlavní skupiny mořského fytoplanktonu, do kontrolovaných podmínek s dostatkem živin a světla. Díky chemické metodě vyvinuté ve WHOI byli schopni kvantifikovat složení biologicky dostupných malých molekul uvolňovaných těmito globálně rozšířenými mikroorganismy. Zjištěné sloučeniny tvořily až 23 % rozpuštěného organického uhlíku, který fytoplankton uvolňoval, a mohou tak podporovat značnou část mikrobiálního metabolismu v globálním oceánu.

Studie ukázala, že různé druhy fytoplanktonu uvolňují odlišné kombinace metabolitů, včetně sloučenin uhlíku obsahujících také dusík, fosfor a síru. Protože se bakterie liší v tom, které molekuly dokážou spotřebovat, chemické „menu“ produkované fytoplanktonem pomáhá určovat, které mikrobiální komunity se daří v různých částech oceánu. To pomáhá objasnit dlouholetou záhadu složení „chemických měn“, které jsou přesouvány mikroby v povrchovém oceánu. Identifikací těchto měn mohou vědci začít vytvářet realističtější modely toho, jak mořské mikrobiální komunity cyklují miliardy tun uhlíku.

Tým, do něhož patřili i výzkumníci z Massachusetts Institute of Technology a Marine Biological Laboratory, zkombinoval laboratorní měření s globálním ekosystémovým modelováním. Jejich výsledky naznačují, že metabolity odvozené od fytoplanktonu by mohly pokrýt až 5 % denních uhlíkových potřeb SAR11, jedné z nejhojnějších skupin bakterií v povrchovém oceánu. Pochopení těchto výměn je kritické, protože obrovská část uhlíkového cyklu Země prochází tímto mikrobiálním systémem. Vědci si představují povrchový oceán jako síť, kde jsou fytoplankton a bakterie propojeny molekulami – některé sloučeniny živí mnoho různých bakterií, zatímco jiné podporují jen několik.