En vetenskaplig upptäckt börjar ofta med en slumpmässig observation gjord av öppna sinnen som inser dess potential. Detta händer om och om igen i MBL:s Advanced Research Training -kurser. En ny inblick leder till ett kursforskningsprojekt som, efter att kursen är slut, kan blomma ut i ett fullskaligt vetenskapligt samarbete som fortsätter att ansluta kursdeltagare över hela världen.

Under 2014, studenter och lärare i MBL:s mikrobiella mångfaldskurs gjorde en sådan serendipitisk observation. Ett team följde upp det under de kommande åren och förra veckan, publicerade sina insikter i tidningen Miljömikrobiom .

Historien började vid Trunk River lagunen, nära Shining Sea Bike Path i Falmouth, Massa., som i decennier har varit ett "naturligt laboratorium" för mikrobiell mångfaldskurs tillsammans med andra lokala fältplatser, som Sippewissett Marsh. (Kursen, grundades vid MBL 1971 av Holger Jannasch, kommer att fira sitt 50 -årsjubileum i år).

"Några dagar efter att vi hade vadat genom den grunda delen av Trunk River -lagunen, våra fotavtryck blev gula, säger seniorförfattaren Emil Ruff, en kurslärarassistent 2014-15 och nu forskare vid MBL:s Ecosystems Center och Josephine Bay Paul Center.

Ruff antog att den gula suspensionen (som kursdeltagarna kallade mikrobiell "limonad") var en svavelblomning som genererades av mikroorganismer som kopplar fotosyntesen till oxidation av svavel. Elevernas fotspår väckte sannolikt sönderfallande havsgräs och annat organiskt material, släppa ut sulfid i vattnet och skapa en livsmiljö som är lämplig för sällsynta mikrober att blomma.

Blommor av mikroorganismer är inte ovanliga i vattenförekomster. Vissa är så enorma att de syns från satelliter. Vissa är skadliga, eftersom de kan vara giftiga för djur, eller leda till syreutarmning i vissa delar av havet. Blommor som genereras av höga sulfidkoncentrationer är i allmänhet ett problem, eftersom de kan bli giftiga för fisk, musslor och fåglar. Det finns många öppna frågor om vad som utlöser blombildning och kollaps.

Nästa år, Ruff och ett team från kursen Mikrobiell mångfald återvände till Trunk River med målet att avsiktligt skapa och spåra blomningar för att studera hur mikrobiella samhällen bildas och förändras över tid. De grävde hål i lagunen och lade till stolpar som gjorde att de kunde prova dagligen från flera djup utan att störa vattenspelaren.

"Ofta inom mikrobiell ekologi, vi försöker förstå ett ekosystem i dess stabila tillstånd. Men det är fortfarande oklart hur lång tid det tar för ett ekosystem att återhämta sig efter en störning och vad som krävs för att upprätta en mångfaldig [mikrobiell] gemenskap, "säger Ruff. Den experimentella designen tillät forskargruppen att följa det mikrobiella samhället när det började samlas, mognad och skiktad med tiden, och kollapsade i slutet av blomningen.

Att förstå denna dynamik är särskilt viktigt i mynningens ekosystem, såsom Trunk River lagunen, som utsätts för naturliga och mänskliga störningar. Flodmynningar ger inte bara viktigt skydd mot kusterosion, de fångar också upp kol från atmosfären och avskiljer det. De fungerar också som matkälla och grogrund för mycket av den biologiska mångfalden vid kusten.

"Ekologin och biogeokemin som orsakade de svaveldrivna blomningarna visade oss hur snabbt saker kan vända, och hur ekosystem och mikrobiomer snabbt kan förändras vid störningar, säger Ruff.

Ett överraskande fynd var där blomningens mikrober - kallade anoxygeniska fototrofer - fann optimala levnadsförhållanden. Före studien, man trodde generellt att många av blommikroberna inte kunde växa i närvaro av syre. Att hitta dem i milt oxiska vatten fick forskarna att undersöka deras genomer. De fann att vissa arter av Chlorobiales - den bakteriella härstamningen som är ansvarig för det mesta av blomens biomassa och den gula färgen - kodar för enzymer som bekämpar syrestress, vilket kan förklara mikrobernas syretolerans. Denna och andra insikter har redan initierat nya kursforskningsprojekt.

Liksom mikrobernas olika funktioner i flodmynningssamhället Trunk River, kursen Mikrobiell mångfald samlar lärare, lärare och studenter med olika bakgrund och forskningsinriktningar.

"Det jag tyckte var anmärkningsvärt är kompetensområdet i kursen, "säger Ruff." Du kan samla en grupp forskare som kan titta på alla aspekter av ett ekosystem, inklusive mikrobiologi, fysik, kemi och allt däremellan. Detta holistiska tillvägagångssätt är vad kursen står för och går vidare till sina studenter varje år, under de senaste 49 åren. "