Australiska forskare har registrerat mer än 175, 000 små mikrober som bor i våra havsvatten för första gången, tillhandahålla en aldrig tidigare skådad baslinje mot vilken man kan mäta effekterna av klimatförändringar och mänskliga aktiviteter.

Mikrob faktafil

• Mikrober var det första livet på jorden och bildades för nästan 3 miljarder år sedan
• De står för upp till 98 procent av havets biomassa
• De producerar 50 procent av världens syre
• Mikrober skapar moln genom att generera gaser som interagerar med atmosfären
• De binder kol genom att sjunka till havsbotten, fångar kol i sedimentet

Osynlig för blotta ögat, mikrober utgör nästan 98 procent av havets biomassa och är ansvariga för att hålla det marina ekosystemet friskt.

En tidning som nyligen publicerats i Vetenskapliga data , ledd av University of Newcastles Dr Mark Brown och Macquarie Universitys Dr Martin Ostrowski, avslöjar den stora mångfalden av mikrober och ger ny kunskap om deras miljöbeteende.

Den oöverträffade datamängden är resultatet av ett pågående samarbetsinitiativ som involverar 18 australiska universitet, Commonwealth-byråer och forskningsinstitut, som spelade in mer än 175, 000 unika arter av mikrober på sju platser runt Australiens kustlinje och in i södra oceanen.

Vad är mikrober?

Mäter mindre än fem mikron, som är mindre än dammkvalster, miljoner av dessa små organismer finns i varje liter havsvatten och inkluderar cellulära livsformer som växtplankton (alger) och bakterier.

Dr Brown sa att mikrober i havet möjligen är de viktigaste organismerna för att upprätthålla vår värld som en hälsosam, beboelig planet. "I likhet med kopplingarna mellan människors hälsa och den mänskliga mikrobiomet, havets hälsa styrs till stor del av dess mikrobiella invånare. utgör grunden för hela ekosystemet, mikrober ger mat åt allt annat marint liv och producerar hälften av det syre vi andas.

"I detta avseende, de fungerar på liknande sätt som organ i en människokropp. Vissa mikrober fungerar som havets lungor som ansvarar för att samla och distribuera syre till planeten, medan andra fungerar som tarmen eller levern för att avgifta föroreningar i vattnet och kontrollera flödet av näringsämnen."

Dykning under ytan

Forskare utvecklade projektet 2012 för att åtgärda bristen på data kring marina mikrobiella samhällen och deras förändringar över tid.

"Vi var extremt oroade över att det inte fanns någon baslinje att jämföra mikrobiell aktivitet med. Före detta projekt, det fanns ingen information om hur mikroberna såg ut runt Australien, vilket gjorde det svårt att veta hur de kan ha förändrats över årstider eller år, " sa Dr Brown.

Använder filtreringsmetoder liknande de som används för att rena dricksvatten, forskare samlade mikrobprover varje månad på flera djup, allt från ytvatten ner till 100 meter.

"Olika mikrober lever i olika delar av havet och de har utvecklats för att ockupera alla tänkbara nischer. Olika arter kan hittas som lever på hydrotermiska öppningar i djuphavet, i sediment, på olika djup och i varmt eller kallt vatten, " sa Dr Brown.

Materialet som extraherades från filtren sekvenserades sedan genetiskt med hjälp av teknik som endast har varit tillgänglig under de senaste åren, som gav en ögonblicksbild av DNA-ritningen av de mikrobiella invånarna i varje prov. Bildar en enorm genetisk databas, denna första datarelease spårar över 200 miljoner poster av mer än 175, 000 unika arter av mikrober.

Naturens indikatorer

Agerar som havets förändringsvakter, mikrober reagerar snabbt på sin miljö och en liten förändring i förhållandena kan dramatiskt omforma samhällsstrukturen.

"De organismer vi identifierade är utbredda och deras närvaro och överflöd är nära kopplade till deras miljö. Vi fann att de mikrobiella sammansättningarna visar säsongsbetonade cykler, förändras med sommarens framsteg, höst, vinter och vår, återvänder till den ursprungliga samlingen igen på sommaren, " förklarade Dr Brown.

"Vi har nu satt baslinjer för säsongscykler mot vilka vi kan identifiera effekterna av klimatförändringar, " han lade till.

Medförfattare, Dr. Martin Ostrowski från Macquarie University, sade att projektgruppen nu bygger modeller för att förutsäga var organismer kommer att leva i framtiden och vilka funktioner de kommer att utföra.

"Vi kan nu använda grunddata som vi har samlat in för att göra modeller som berättar för oss hur mikrober reagerar på olika miljöförhållanden och hur vi förväntar oss att de kommer att förändras givet framtida klimatprognoser.

"Primärproduktionen och kolanvändningen av marina mikrober avgör hur mycket mat som ges till resten av näringskedjan, så våra prognoser kommer att vara otroligt relevanta för forskare men också för industrier som fiske och turism."

Går med strömmen

Projektet finansierades av Australian Research Council (ARC), Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), National Collaborative Research Infrastructure Strategy (NCRIS) via Bioplatforms Australia (Bioplatforms) och Integrated Marine Observing System (IMOS).

Månatliga prover togs från sju marina nationella referensstationer som drivs av IMOS, inklusive Darwin Harbour, Yongala-vraket inne i Great Barrier Reef Lagoon, North Stradbroke Island utanför Brisbane, Port Hacking utanför Sydney, Maria Island utanför Tasmanien, Kangaroo Island utanför Adelaide och Rottnest Island utanför Perth.

Projektet kommer att fortsätta i samarbete med IMOS och Bioplatforms Australia i ytterligare tre år.

Senior författare, Dr Lev Bodrossy från CSIRO Oceans and Atmosphere, sade att projektet kommer att fortsätta att ge ny kunskap som kommer att bidra till området för marin vetenskap i Australien och utanför.

"Värdet av ett observerande nätverk ökar exponentiellt med tiden, så det är nu avgörande att vi upprätthåller vår provtagning och utökar våra observationer in i framtiden." DNA-sekvensdata är tillgänglig för allmänheten och kan nås via Bioplatforms Australias webbplats.