Mikrobiologiforskare vid Oregon State University har kastat nytt ljus över mekanismerna för kolkretslopp i havet, genom att använda en ny metod för att spåra vilka mikrober som konsumerar olika typer av organiskt kol producerat av vanliga växtplanktonarter.

Forskningen är ett viktigt steg mot att förutsäga hur mycket kol som kommer att lämna havet till atmosfären som växthusgasen koldioxid och hur mycket som kommer att hamna i marina sediment, sa Ryan Mueller, docent vid OSU:s institution för mikrobiologi och ledare för studien.

Resultaten publicerades idag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vår forskning visar att olika arter av mikrober i havet är mycket speciella men ändå förutsägbara i de matkällor de föredrar att äta, " sa första författaren Brandon Kieft, en färsk doktorsexamen i Oregon State. kandidat som nu är postdoktor vid University of British Columbia. "När den globala klimatförändringen fortsätter att förändra oceaniska miljöer i snabb takt, tillgången på matkällor för mikrober kommer också att förändras, att i slutändan gynna vissa typer framför andra."

Växtplankton är mikroskopiska organismer vid basen av havets näringskedja och en nyckelkomponent i en kritisk biologisk kolpump. De flesta flyter i den övre delen av havet, där solljus lätt kan nå dem.

De små autotrofa växterna – de gör sin egen mat – har stor effekt på halterna av koldioxid i atmosfären genom att suga upp den under fotosyntesen. Det är ett naturligt handfat och ett av de primära sätten att CO ₂ , den vanligaste växthusgasen, skuras från atmosfären; koldioxiden i atmosfären har ökat med 40 % sedan industriålderns gryning, bidrar starkt till en värmande planet.

"Vi studerar konsumenterna - de heterotrofa mikroberna - av det organiska materialet som tillverkas av primärproducenterna, det mikrobiella växtplanktonet, " sade Mueller. "Båda grupperna är mikrober, den förra konsumerar främst organiskt kol som matkälla, medan de senare "fixar" sitt eget organiska kol. Mikrober utgör grunden för näringsväven och den biologiska kolpumpen, och vårt arbete är främst inriktat på att utforska vad konsumenterna gör i det här systemet."

Ythavet lagrar nästan lika mycket kol som finns i atmosfären. När havet drar in atmosfärisk koldioxid, växtplankton använder CO ₂ och solljus för fotosyntes:De omvandlar dem till sockerarter och andra föreningar som cellerna kan använda för energi, producerar syre i processen.

Detta så kallade fixerade kol utgör kosten för heterotrofa mikrober och högre organismer i den marina näringsväven som fisk och däggdjur, som slutligen omvandlar kolet tillbaka till atmosfärisk CO ₂ genom andning eller bidra till kolförrådet på botten av havet när de dör och sjunker.

Den kollektiva andningsaktiviteten hos de heterotrofa mikrobiella konsumenterna är det huvudsakliga sättet att fixerat löst organiskt kol från växtplankton återförs till atmosfären som CO ₂ .

Mueller, Kieft och medarbetare vid Oak Ridge och Lawrence Livermores nationella laboratorier och universiteten i Tennessee, Washington och Oklahoma använde stabil isotopmärkning för att spåra kol när det tog sig in i det organiska materialet som produceras av växtplankton och, i sista hand, de heterotrofa mikroberna som konsumerar den.

Forskarna använde dessa isotoper för att berätta vilka organismer som åt kiselalger och vilka som konsumerade cyanobakterier, två arter av växtplankton som tillsammans producerar en majoritet av havets fixerade kol. Forskarna kunde också berätta när konsumtionen ägde rum — t.ex. ibland producerade växtplanktoncellerna ämnen kända som lysat under sin dödsfas eller exsudat under sin tillväxtfas.

"Våra fynd har viktiga konsekvenser för att förstå hur marina mikrober och fotosyntetiska alger fungerar tillsammans för att påverka den globala kolkretsloppet och hur denna oceaniska näringsväv kan reagera på fortsatta miljöförändringar, " sade Kieft. "Detta kommer att hjälpa oss att förutsäga hur mycket kol som kommer att gå tillbaka till atmosfären och hur mycket som kommer att begravas i marina sediment i århundraden."