Ett internationellt forskarlag har upptäckt två växtplanktongrupper – till skillnad från alla kända arter – i klimatkänsliga områden runt om i världen. Även om de verkar relativt sällsynta jämfört med andra växtplankton, forskare säger att deras förekomst i varma vatten tyder på att de kan vara viktiga i framtida havsekosystem.

Resultaten, publicerad 9 januari in Aktuell biologi , spårade växtplanktongenerna till deras potentiella gamla ursprung och matchade dem med sekvenser i cirka 200 samtida prover. De nya växtplanktongrupperna var allt rikligare i varmare, ytvatten med låga näringsämnen på platser inklusive Sargassohavet, Bengaliska viken och North Pacific Gyre.

"Dessa nya växtplankton verkar trivas i världens mest ökenliknande vatten där de flesta andra eukaryota arter minskar, " sa Alexandra Z. Worden, en senior fellow vid Canadian Institute for Advanced Research, som ledde teamet från Monterey Bay Aquarium Research Institute (USA) tillsammans med medarbetare från Oregon State University (USA), Woods Hole Oceanographic Institution (USA) och National Institute of Oceanography (Indien).

Båda växtplanktongrupperna hittades i större antal i varmare, ytvatten med låga näringsämnen jämfört med antalet i kallare, regioner med högre näringsämnen. Detta mönster överraskade forskare eftersom större, eukaryot växtplankton minskar ofta till försvinnande låga antal under dessa förhållanden, som vanligtvis gynnar små cyanobakterier.

Uppvärmning av havsytan skapar ett lager av näringsfattigt vatten skilt från svalare, näringsrikt vatten nedanför. Denna process inträffar årligen i stora delar av det öppna havet där avbruten vinterblandning möjliggör en kort "blomning" av växtplanktonliv som följs av en sommarsäsong av varma, ytvatten med låga näringsämnen. De flesta av de blommande arterna försvinner under sommaren eftersom de inte är effektiva konkurrenter om näringsämnen i låga koncentrationer. Uppvärmningen av havsytan leder till en expansion av dessa miljöer med låga näringsämnen i en process som kallas havsökenspridning.

"När mikrober i våra hav tvingas anpassa sig till klimatförändringarna, det här är de typer av organismer vi verkligen behöver förstå, " sa Worden.

Forskare har haft svårt att mäta effekten av havsuppvärmningen på inhemska mikrobiella grupper på grund av bristen på konsekvent information om mikrober, som växtplanktonet som utför marin fotosyntes. Wordens team etablerade Baselines Initiative för att övervinna detta hinder med mer än 6, 000 fullängds RNA-sekvenser och tidsserieprovtagning, där samma plats provtas upprepade gånger genom årstiderna och under åren. Det slutliga målet med dessa oceanografiska tidsserier är att fånga dagens information mot vilken framtida förändringar i havet kan bedömas.

Forskare upptäckte först en av de nya växtplanktongrupperna 2006 när de märkte en "konstig" sekvens av miljoner. De trodde att data från en tropisk ö utanför Costa Rica kan ha varit ett misstag tills de såg identiska sekvenser i norra Stilla havet och i korallrev utanför Curaçao. För att verifiera sina resultat, de filtrerade organismernas DNA från havsvattnet. Nästa, de genererade RNA-gensekvensen i full längd och jämförde den med andra organismer för att placera den i ett evolutionärt träd. Till sist, de kartlade organismerna genom prover från BIOS Bermuda Atlantic Time-Series Study, TARA Oceans Expedition och Baselines Initiative, inklusive SeaFar Curaçao-projektet inom programmet Integrated Microbial Biodiversity.

Den första växtplanktonlinjen verkar vara en helt ny grupp arter av växtplankton. Forskare tror att dess förfader kan vara en encellig protistangrupp som tog en separat evolutionär väg från haptofyt-algerna, som uppstod för mellan 1 miljard och 637 miljoner år sedan. Den andra härstamningen verkar vara nära besläktad med haptofyter. Dock, det är en ny grupp som inte tillhör någon känd art eller klass.

"För att förstå framtida hav kommer engångsprovtagning inte att fungera. Om vi ​​hade tagit en ögonblicksbild av havet på våren skulle vi ha trott att dessa växtplankton inte spelade någon roll, men eftersom vi fortsatte att gå tillbaka insåg vi att de är viktiga - det krävs ett urval av årstiderna året runt för att se det, " sa Worden.

Wordens labb kommer att återvända till Sargassohavet och Curaçao för att bättre förstå ekologin hos de två växtplanktongrupperna. Hur dessa grupper bidrar till näringskedjan och kolkretsloppet är för närvarande okänt. Worden tror att en möjlighet är att de får i sig sina näringsämnen genom en kombination av fotosyntes och näring av andra celler.