Ungefär hälften av koldioxid i atmosfären fixeras av havets växtplankton, främst picocyanobakterier, genom en process som kallas fotosyntes. Picocyanobakterier är små, encelliga mikroorganismer som är rikliga och spridda i sötvatten och marina miljöer. En stor del av biologiskt fixerat kol bildas av picocyanobakterier vid havsytan och transporteras sedan till djuphavet. Men det som förblir ett mysterium är hur färgat upplöst organiskt material som härstammar från växtrester (antingen på land eller till sjöss) gör det i djuphavet. Ett team av forskare från University of Maryland Center for Environmental Science (UMCES) och runt om i världen hittade eventuellt en livskraftig marin källa till detta färgade material.

"Vi är fortfarande i början av att förstå den marina kolcykeln, "sa Michael Gonsior, en kemist vid University of Maryland Center for Environmental Science. "Hittills är källorna till specifika kemikalier i havet inte väldefinierade eftersom det är ett så stort och komplext system. Så varje steg framåt för att ta isär komplexiteten gör detta till ett värdefullt bidrag."

I djuphavet, upplöst organiskt material visar en fluorescenssignal som ser ut som vad du skulle se i en flod eller bäck. Det har traditionellt fått namnet humusliknande fluorescens, förutsatt att det kommer från nedbrytande träd och andra markbundna organiska ämnen. Många forskare har antagit att detta material som finns i djuphavet är resterna från floder och vattendrag runt om i världen som bär det från land och ut i havet. Dock, bevis växer på att det finns marina källor till detta material, vilket mycket väl kan förklara majoriteten av detta färgade material som finns i djuphavet.

UMCES -forskarna Michael Gonsior och Feng Chen tog det första steget i att karakterisera organiskt material som frigörs från marina picocyanobakterier. "Vår ursprungliga plan var att förstå ödet för organiskt kol som frigörs från viral lys av picocyanobakterier" sa Feng Chen.

För första gången, forskare har visat att odlade picocyanobakterier, Synechococcus och Prochlorococcus , som finns i det öppna havet frigör fluorescerande komponenter som nära matchar dessa typiska fluorescerande signaler som finns i oceaniska miljöer.

"Forskare har aldrig tittat noga på picocyanobakterier som en källa till specifika föreningar i havet tidigare, "sa Gonsior." Om vi ​​kan förstå vilka källor som finns kan vi bättre dra slutsatser om vad som händer när det gäller vissa delar av den marina kolcykeln. "

Om havsvärmningen fortsätter, det förutses att picocyanobakterier, som föredrar höga temperaturer, kommer att bli rikare och kan öka med 10 till 20 procent i slutet av seklet, sa Chen. "Dessa killar är väldigt viktiga, " han lade till.

"Två släktingar med picocyanobakterier - Synekokokus och Proklorokocker - är de vanligaste kolfixarna i havet. "Sa Chen. Hans laboratorium har en samling marina cyanobakterier och cyanovirus. Några av dessa isolat användes i denna studie.

"När du seglar på det blå havet, många picocyanbakterier arbetar där, sa Gonsior. De förvandlar koldioxid till organiskt kol och är sannolikt ansvariga för en del av den djupa havsfärgen som kommer från organiskt material. "

Gonsior och Chen tittade på stammen av Synekokokus och snubblade över upptäckten. Chen, en molekylärbiolog, och Gonsior, en kemist, planerat att mäta ödet för upplöst organiskt material genom att undersöka den molekylära sammansättningen med hjälp av toppmodern masspektrometri som genomförts i samarbete med professor Philippe Schmitt-Kopplin vid Helmholtz Center for Environmental Health i München, Tyskland. Många biologiska föreningar lyser när de exciteras med ljus. Gonsior bestämde sig för att göra optiska analyser som mätte absorbansen och fluorescensen, den typen han rutinmässigt gör på vattenprover i sitt labb.

"När jag såg de första fluorescensmätningarna av dessa prover, det var mycket tydligt vad som hände. Vi fann att de picocyanobakterierna släppte ut fluorescerande organiskt material, som efterliknar det vi ser i både djuphavet, men också i floder och vattendrag, "sa Gonsior." Många människor hade varit på jakt efter källor till detta gulfärgade material, och vi har identifierat en livskraftig källa till marint fluorescerande upplöst organiskt material som kan förklara de signaler som observeras i de djupa globala haven. "

"För mig är detta spännande eftersom du har så många fotosyntetiska cyanobakterier i havet, "sa Feng Chen." Det har vi vetat länge men ingen har kopplat mellan picocyanobakterier och fluorescerande upplöst organiskt material. "tillade han.

Studien, "Picocyanobakterier och djuphavsfluorescerande upplöst organiskt material delar liknande optiska egenskaper" dök upp i 17 maj-numret av Naturkommunikation .