W strefie mroku oceanu występuje niedobór żelaza, co ogranicza rozwój bakterii i wpływa na magazynowanie węgla. Nowe odkrycia wskazują na wysoki poziom sideroforów w głębszych wodach, co wskazuje na szerszy wpływ na morskie cykle biogeochemiczne i wymaga dalszych badań.
Naukowcy rzucili światło na oceaniczną strefę mroku, ujawniając, że w tym głębokim, ciemnym i tajemniczym regionie występuje poważny niedobór żelaza. Żadne światło słoneczne nie dociera do tego obszaru znajdującego się od 200 do 1000 metrów pod powierzchnią morza, gdzie poziom żelaza – kluczowego mikroelementu – jest tak niski, że rozwój bakterii jest ograniczony. Bakterie te kompensują to, wytwarzając cząsteczki zwane sideroforami, które pomagają bakteriom usuwać śladowe ilości żelaza z otaczającej wody morskiej.
Badanie, opublikowane niedawno w Naturamoże zmienić sposób, w jaki naukowcy postrzegają procesy mikrobiologiczne w głębinach oceanu i zapewnić nowy wgląd w zdolność oceanu do pochłaniania węgla.
Niedobór żelaza i jego skutki
„Zrozumienie organizmów ułatwiających pobieranie węgla przez ocean jest ważne dla zrozumienia skutków zmian klimatycznych” – powiedział Tim Conway, profesor nadzwyczajny oceanografii chemicznej w USF College of Marine Science, który jest współautorem niedawnego badania. „Kiedy materia organiczna z powierzchni oceanu schodzi do głębin, działa jak pompa biologiczna, która usuwa węgiel z atmosfery i magazynuje go w wodzie morskiej i osadach. Pomiar szybkości i procesów wpływających na tę pompę daje nam wgląd w to, jak i gdzie ocean magazynuje dwutlenek węgla”.
Zaskakujące odkrycia na głębokich wodach
Aby przeprowadzić badania, naukowcy pobrali próbki wody z górnych 1000 metrów słupa wody podczas wyprawy przez wschodni Pacyfik z Alaski na Tahiti. To, co znaleźli w próbkach, zaskoczyło ich. Stężenie sideroforów było wysokie nie tylko w wodach powierzchniowych, w których oczekuje się niedoboru żelaza, ale było również podwyższone w wodach o głębokości od 200 do 400 metrów, gdzie uważano, że stężenia składników odżywczych i żelaza mają niewielki wpływ na rozwój bakterii.
„W przeciwieństwie do wód powierzchniowych nie spodziewaliśmy się znaleźć sideroforów w strefie mroku oceanu” – powiedział Conway. „Nasze badanie pokazuje, że bakterie żyjące w tym regionie na dużej części wschodniego Pacyfiku mają wysoki niedobór żelaza i że bakterie wykorzystują siderofory, aby zwiększyć pobieranie żelaza. Wywiera to efekt domina na biologiczną pompę węglową, ponieważ bakterie te są odpowiedzialne za rozkład materii organicznej opadającej przez strefę mroku”.
Niedawne odkrycie było częścią GEOTRACESmiędzynarodowe przedsięwzięcie mające na celu dostarczenie wysokiej jakości danych do badania zmian w biogeochemii oceanów wywołanych klimatem.
Przyszłe badania i implikacje
Badania sideroforów są wciąż na wczesnym etapie. Naukowcy zaangażowani w projekt GEOTRACES dopiero niedawno opracowali niezawodne metody pomiaru tych cząsteczek w próbkach wody i nadal pracują nad zrozumieniem, gdzie i kiedy mikroorganizmy wykorzystują siderofory do pozyskiwania żelaza.
Chociaż badania nad sideroforami są nowe, niniejsze badanie pokazuje ich wyraźny wpływ na przepływ składników odżywczych w strefie mroku oceanu.
„Aby uzyskać pełny obraz tego, jak składniki odżywcze kształtują morskie cykle biogeochemiczne, przyszłe badania będą musiały uwzględnić te odkrycia” – powiedział Daniel Repeta, starszy naukowiec w Woods Hole Oceanographic Institution i współautor artykułu. „Innymi słowy, eksperymenty w pobliżu powierzchni muszą zostać rozszerzone, aby objąć strefę mroku”.
Odniesienie: „Ograniczenie żelaza mikrobiologicznego w strefie mroku oceanu” autorstwa Jingxuan Li, Lydia Babcock-Adams, Rene M. Boiteau, Matthew R. McIlvin, Lauren E. Manck, Matthias Sieber, Nathan T. Lanning, Randelle M. Bundy, Xiaopeng Bian, Iulia-Mădălina Ștreangă, Benjamin N. Granzow, Matthew J. Church, Jessica N. Fitzsimmons, Seth G. John, Tim M. Conway i Daniel J. Repeta, 25 września 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07905-z
Fundusze na tę pracę zapewniły Narodowa Fundacja Nauki i Fundacja Simonsa. Amerykańską część GEOTRACES zapewnia National Science Foundation.
