South Pacific Gyre är en oceanöken. Dock, på grund av dess enorma storlek bidrar de mikrobiella invånarna i södra Stillahavsgyren avsevärt till globala biogeokemiska cykler. I en oöverträffad undersökning, forskare från Max Planck-institutet för marin mikrobiologi i Bremen, Tyskland, har nu gjort en omfattande inventering av det mikrobiella samhället i South Pacific Gyre. Denna insikt uppnåddes genom utvecklingen av ett nytt verktyg som möjliggör analys ombord av havets minsta invånare.

Mitten av södra Stilla havet är så långt bort från land som du kan komma. Solinstrålningen är farligt hög, nå ett UV-index som är märkt "extremt". Det finns inga dammpartiklar eller inflöden från marken och som ett resultat av detta har dessa vatten extremt låga näringskoncentrationer, och benämns därför "ultraoligotrofiska". Klorofyllinnehållande växtplankton (minalalger) finns bara på djup större än hundra meter, vilket gör vattnet i södra Stilla havet till det klaraste i världen. På grund av dess avlägset läge och enorma storlek täcker South Pacific Gyre 37 miljoner km ² (för jämförelse, USA täcker mindre än 10 miljoner km ² )—det är också en av de minst studerade regionerna på vår planet.

Trots sin avlägsenhet, både satellit- och in situ-mätningar indikerar att mikroorganismerna som lever i vattnet i South Pacific Gyre (SPG) bidrar väsentligt till globala biogeokemiska cykler. Således, forskarna från Bremen var intresserade av att upptäcka vilka mikrober som lever och är aktiva i denna havsöken. Under en sex veckor lång forskningskryssning på det tyska forskningsfartyget FS Sonne, organiserad och ledd av Max Planck Institute for Marine Microbiology, Greta Reintjes, Bernhard Fuchs och Tim Ferdelman samlade in hundratals prover längs en 7000 kilometer lång bana genom South Pacific Gyre från Chile till Nya Zeeland. Forskarna tog prover från det mikrobiella samhället vid 15 stationer på vattendjup från 20 till mer än 5000 meter, det är, från ytan hela vägen ner till havsbotten.

Lågt cellantal och oväntade distributioner

"Till vår förvåning, vi hittade ungefär en tredjedel färre celler i södra Stilla havets ytvatten jämfört med havsgyres i Atlanten", Bernhard Fuchs rapporterar. "Det var förmodligen det lägsta cellantal som någonsin uppmätts i oceaniskt ytvatten." Arterna av mikrober var mestadels bekanta:"Vi hittade liknande mikrobiella grupper i SPG som i andra näringsfattiga havsregioner, som Prochlorococcus, SAR11, SAR86 och SAR116", Fuchs fortsätter. Men det fanns också en överraskningsgäst bland de dominerande grupperna i det väl upplysta ytvattnet:AEGEAN-169, en organism som tidigare bara rapporterats på djupare vatten.

Reintjes och hennes kollegor upptäckte ett uttalat vertikalt distributionsmönster av mikroorganismer i SPG. "Samhällssammansättningen förändrades kraftigt med djupet, som var direkt kopplad till tillgången på ljus", Reintjes rapporterar. Förvånande, den dominerande fotosyntetiska organismen, Prochlorococcus, förekom i ganska låga antal i de översta vattnen och mer frekvent på 100 till 150 meters vattendjup. Den nya spelaren i spelet AEGEAN-169, var särskilt talrik i det centrala gyrets ytvatten. "Detta indikerar en intressant potentiell anpassning till ultraoligotrofa vatten och hög solinstrålning, " påpekar Reintjes. "Det är definitivt något vi kommer att undersöka vidare." AEGEAN-169 har hittills bara rapporterats på vattendjup runt 500 meter. "Det är troligt att det finns flera ekologiska arter inom denna grupp och vi kommer att utföra ytterligare metagenomiska studier för att undersöka deras betydelse i de mest oligotrofa vattnen i SPG."

Metodologisk milstolpe

Den nuvarande forskningen var endast möjlig tack vare en nyutvecklad metod som gjorde det möjligt för forskarna att analysera prover direkt efter insamling. "Vi utvecklade en ny analyspipeline ombord, " Reintjes förklarar, "som ger information om bakteriell identitet endast 35 timmar efter provtagning." Vanligtvis, dessa analyser tar många månader, samla in proverna, tar hem dem till labbet och analyserar dem där. Denna pipeline kombinerar nästa generations sekvensering med fluorescens in situ hybridisering och automatiserad celluppräkning. "Resultatet av vår metodutveckling är ett lättillämpligt system för ett effektivt, kostnadseffektiv, fältbaserad, omfattande mikrobiell samhällsanalys", Reintjes påpekar. "Det tillåter mikrobiella ekologer att utföra mer riktade provtagningar, därigenom främjar vår förståelse av mångfalden och metaboliska förmågor hos nyckelmikroorganismer."