De bebodde en gång havsbotten och har begravts stadigt:Mikroorganismer i sedimenten under ytan på botten av Arabiska havet avslöjar detaljer om fluktuationer i klimat och miljöförhållanden under de senaste 52, 000 år.

Sedimenten under havsbotten har mikrobiella samhällen som överlever där trots bristen på både ljus och syre. Många av mikroberna tillhör släkten som en gång levde direkt på havsbotten, och begravdes gradvis genom att samla sediment. Men deras metaboliska vägar har anpassat sig till de förändrade förhållandena. Dock, dessa celler växer nu och delar sig mycket långsamt, och är följaktligen under svagt urval. Professor William Orsi vid Institutionen för jord- och miljövetenskap vid LMU, i samarbete med ett internationellt team av forskare, har nu tittat närmare på det mikrobiella livet i sedimentära kärnor från Arabiska havet. Undersökningen avslöjar att metabolismen hos en delmängd av dessa mikroorganismer speglar klimatets historia i denna region. De nya fynden, som visas i onlinejournalen Naturvetenskapliga rapporter , föreslår också hur mikrobiella samhällen i haven kan reagera på den globala uppvärmningen.

Arabiska havet är värd för världens största syreminimumzon, där nivåerna av upplöst syre är extremt låga. Som ett resultat, oxidationshastigheten av organiskt material i OMZ reduceras drastiskt. Förvånande, dock, organiskt kol berikas endast i specifika sedimentära lager, som separeras av mellanliggande skikt som innehåller mycket lite organiskt material. Tidigare studier hade visat att denna fördelning är korrelerad med upprepade - och i geologiska termer mycket snabba - svängningar i vattentemperaturen:Varmt vatten innehåller mindre upplöst syre, vilket gör att högre halter av organiska ämnen kan ackumuleras i sedimenten. Verkligen, sediment som innehåller stora koncentrationer av organiskt material fastställdes under perioder där den genomsnittliga vattentemperaturen steg med cirka 5 ° C inom loppet av några decennier.

För att utforska effekterna av dessa temperaturoscillationer på de mikrobiella samhällena inom dessa sediment, forskarna återfick en 13-m-kärna som täcker de senaste 52, 000 års deponering, och analyserade DNA som finns i olika delar av kärnan. "Denna skärm gjorde att vi kunde karakterisera DNA -sekvenskompositionen på olika nivåer i sedimenten och datera dem med en precision på 100 år, "Orsi förklarar. Sekvensdata ger i sin tur inblick i de metaboliska kapaciteten hos mikroorganismerna begravda i sedimenten. Analysen visade att metaboliska aktiviteter hos 10 till 15% av bakteriegrupperna som representeras i deras kärnprov återspeglar de klimatförhållanden som råder vid denna delmängd består huvudsakligen av så kallade denitrifierande och svaveloxiderande grupper. Denitrifierare får sin metaboliska energi genom omvandling av nitrater till molekylär kvävgas och kväveoxider. "Oberoende av djup och nitratnivå, denitrifierarna bland våra indikatorgrupper förekommer främst i sediment som är rika på organiskt material, och deponerades därför under de varmare perioderna. De får tydligen det mesta av sin energi från jäsningsreaktioner, "Orsi förklarar." De var uppenbarligen ganska känsliga för temperaturfluktuationer, eftersom de saknas i sediment som innehåller reducerade mängder organiskt kol. Så detta berättar för oss, för första gången, att snabba klimatoscillationer tydligt har inflytande på mångfalden av denitrifierande bakterier. "

Resultaten gör det också möjligt för forskarna att utläsa hur marina mikroorganismer sannolikt kommer att reagera på framtida klimatförändringar. Under de senaste 50 åren har nivåer av upplöst syre i haven har visat en tendens att falla. Denitrifierande bakterier i OMZ har tömt kväve från ekosystemet och omvandlat det till växthusgasen kväveoxid (N2O), vilket bidrar till den globala uppvärmningen. "Våra uppgifter visar att när syrehalten i vattnet sjunker - vilket signalerar en uppvärmningstrend - ökar den relativa förekomsten av denitrifierare. Dessutom, deras artssammansättning har förändrats helt sedan förra istiden, "Orsi säger. Detta kan eventuellt bidra till en klimatåterkopplingsmekanism." Han och hans kollegor planerar nu att utvidga sina studier till andra regioner i haven för att testa robustheten av deras data från Arabiska havet.