Kemien omkring mikroalger undersøgt for første gang: et slim fortykker molekyler for at lede bakterier ind i fykosfæren

Et mikrounivers usynligt for det blotte øje regulerer vores planets vejrtrækning. Midt i havets bølger forbruges tusind års energi hver dag.mikroskopisk men fundamental alliance, hvor kemi erstatter ord, og molekylernes sprog styrer de grundlæggende byggesten i havets liv. En undersøgelse foretaget af Det Schweiziske Føderale Teknologiske Institut (ETH) Zürich afslører for første gang den hemmelige arkitektur i dette mikrokosmos og afslører, hvordan et tyndt lag slim forvandler overfladen af mikroalger i et kompas for havbakterier.

Fykosfæren, det mikroskopiske univers, der nærer havene

En af de vigtigste biologiske processer på planeten finder sted på nanoskala, i havets overflades grænseløse stilhed. Her sker det. næsten halvdelen af ​​fotosyntesen der ilter Jorden: de mikroskopiske algeceller, der udgør fytoplankton, som let svarer til produktiviteten af ​​alle landplanter tilsammen, ligger også til grund for de fleste havets fødenet.

Hver fotosyntetisk aktiv celle frigiver en stor mængde organiske stoffer, som gradvist spredes i det omgivende havvand. En lille sky af stoffer dannes således omkring hver mikroalge, et lokaliseret mikromiljø, som forskere har kaldt fykosfæren – analogt med Jordens rhizosfære, den del af jorden, der omgiver planterødder, hvorfra de absorberer essentielle næringsstoffer og det vand, der er nødvendigt for vækst.

Som han forklarer Roman Stocker, professor ved Institut for Miljøteknik på ETH Zürich,

"Fykosfæren er et af de vigtigste markeder for organisk kulstof i havene."

Det er nu anerkendt, at fykosfæren medierer interaktioner mellem planteplankton og bakterier, som former det globale kulstofkredsløb i haveneDette mikromiljø indeholder kemiske signaler, der kan detekteres af en bred vifte af bakterier, som følger disse stoffer for at bevæge sig mod mikroalgerne. Alligevel er de kemiske gradienter omkring individuelle planteplanktonceller aldrig blevet målt eksplicit. Det antages klassisk, at deres form bestemmes af ideel diffusion.
I dag har forskere ved ETH imidlertid taget et vigtigt skridt i retning af at tyde kemisk sprog, der medierer disse interaktioner.

Fytoplankton "lagdelt" som løgskal

Holdet ledet af Stocker målte for første gang fucoxanthin-koncentrationer, et carotenoidpigment, i umiddelbar nærhed af individuelle levende mikroalgeceller. Forskerne brugte en teknik kaldet Raman-mikrospektroskopi til omhyggeligt at kortlægge det kemiske miljø omkring planteplanktonet og opdagede, at tingene, som det ofte er tilfældet, er mere komplekse end tidligere antaget.

Som det kan læses i undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of National Academy of Sciences, stiger koncentrationen af ​​fucoxanthin meget kraftigere end forventet nær fytoplanktoncellen. Dette indikerer, at fytosfæren er opbygget af flere lag som vikler sig som løgskrællen omkring mikroalgerne i midten og skaber sfæriske skaller gradvist større.

De kemiske egenskaber af de udskilte stoffer bestemmer omfanget af de enkelte lag, forklarer forskerne. vandopløselige stoffer ligesom sukkerarter og aminosyrer opfører sig som forudsagt af simpel diffusion: deres koncentration falder meget gradvist, efterhånden som afstanden fra mikroalgerne øges. Disse vandafvisende Ligesom fucoxanthin opfører de sig dog anderledes. Det fotosyntetiske pigment forbliver faktisk stærkt koncentreret nær mikroalgerne, og dets niveauer falder kraftigt inden for cirka ti mikrometer fra celleoverfladen.

Zachary Landry e Richard Foffi, de to hovedforfattere af undersøgelsen, opdagede, at et tyndt lag slim omkring mikroalgerne kunne være ansvarlig for dette fænomen.

Opdagelsen: et slim, der leder bakterier mod mikroalger

Ifølge forskerne, én slimlignende lag Det omgiver mikroalgerne og påvirker diffusionen af ​​visse stoffer. Foffi forklarer specifikt,

"letter spredningen af ​​vandafvisende stoffer i vandet".

Samtidig tilbageholder slimen disse molekyler, hvilket forhindrer dem i at bevæge sig væk fra cellen og forårsage betydeligt højere koncentrationer nær celleoverfladen.

"Dette skaber meget stærkere kemiske signaler. Det gør det lettere for bakterier at finde små mikroalgeceller i havet."

tilføjer Landry.

Denne opdagelse ændrer for altid vores forståelse af fykosfæren og har dybtgående konsekvenser for modeller af interaktioner mellem planteplankton og bakterierMiljøet omkring mikroalger er meget mere komplekst end tidligere antaget. Forskerne konkluderer, at disse nye indsigter kan afsløre ny information om et afgørende aspekt af havets kulstofkredsløb.

Her er tre indsigter, som måske interesserer dig:

Aquascope og det fascinerende mikrokosmos ved Zugsøen
Hvalurin nærer verdenshavene: Ny undersøgelse
Industrielt fiskeri truer blå kulstofreserver