Οι αλληλεπιδράσεις των θηρευτών καθορίζουν κυρίως πού ευδοκιμούν τα μικρόβια Prochlorococcus


ωκεανός

Πίστωση: CC0 Public Domain

Οι προχλωρόκοκκοι είναι οι μικρότεροι και πιο άφθονοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί στον πλανήτη. Ένα μόνο κύτταρο Prochlorococcus είναι νανισμένο από ένα ανθρώπινο ερυθρό αιμοσφαίριο, ωστόσο παγκοσμίως τα μικρόβια αριθμούν σε οκτίλια και είναι υπεύθυνα για ένα μεγάλο κλάσμα της παγκόσμιας παραγωγής οξυγόνου καθώς μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ενέργεια.


Ο Prochlorococcus μπορεί να βρεθεί στα θερμά επιφανειακά ύδατα του ωκεανού και ο πληθυσμός του μειώνεται δραματικά σε περιοχές πιο κοντά στους πόλους. Οι επιστήμονες έχουν υποθέσει ότι όπως συμβαίνει με πολλά θαλάσσια είδη, το εύρος του Prochlorococcus καθορίζεται από τη θερμοκρασία: Όσο πιο κρύα είναι τα νερά, τόσο λιγότερο πιθανό είναι να πρόκειται να ζήσουν εκεί.

Αλλά οι επιστήμονες του MIT ανακάλυψαν ότι το πού ζει το μικρόβιο δεν καθορίζεται κυρίως από τη θερμοκρασία. Ενώ οι πληθυσμοί του Prochlorococcus πέφτουν σε πιο κρύα νερά, είναι η σχέση με έναν κοινό θηρευτή και όχι η θερμοκρασία που καθορίζει το εύρος του μικροβίου. Αυτά τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν σήμερα στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να προβλέψουν πώς θα μετατοπιστούν οι πληθυσμοί των μικροβίων με την κλιματική αλλαγή.

“Οι άνθρωποι υποθέτουν ότι εάν ο ωκεανός ζεσταθεί, ο Prochlorococcus θα μετακινηθεί προς τους πόλους. Και αυτό μπορεί να είναι αλήθεια, αλλά όχι για τον λόγο που προβλέπουν”, λέει η συν-συγγραφέας της μελέτης Stephanie Dutkiewicz, ανώτερη ερευνήτρια στο Τμήμα Γης, Ατμοσφαιρική του MIT. και Πλανητικές Επιστήμες (EAPS). «Λοιπόν, η θερμοκρασία είναι λίγο κόκκινη ρέγγα».

Οι συν-συγγραφείς του Dutkiewicz στη μελέτη είναι ο επικεφαλής συγγραφέας και ερευνητής του EAPS Christopher Follett, ο καθηγητής EAPS Mick Follows, ο François Ribalet και η Virginia Armbrust από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον και η Emily Zakem και ο David Caron από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες.

Κατάρρευση της θερμοκρασίας

Ενώ η θερμοκρασία θεωρείται ότι καθορίζει το εύρος του Prochloroccus και άλλων φυτοπλαγκτού στον ωκεανό, οι Follett, Dutkiewicz και οι συνάδελφοί τους παρατήρησαν μια περίεργη ασυμφωνία στα δεδομένα.

Η ομάδα εξέτασε παρατηρήσεις από διάφορες ερευνητικές κρουαζιέρες που διέπλευσαν στον βορειοανατολικό Ειρηνικό Ωκεανό το 2003, το 2016 και το 2017. Κάθε σκάφος διέσχισε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη, λαμβάνοντας συνεχώς δειγματοληπτικά νερά και μετρώντας τις συγκεντρώσεις διαφόρων ειδών και φυτοπλαγκτόν, συμπεριλαμβανομένου του Prochlorococcus.

Η ομάδα του MIT χρησιμοποίησε τα δημόσια αρχειοθετημένα δεδομένα κρουαζιέρας για να χαρτογραφήσει τις τοποθεσίες όπου ο Prochlorococcus μειώθηκε αισθητά ή κατέρρευσε, μαζί με τη θερμοκρασία των ωκεανών κάθε τοποθεσίας. Παραδόξως, ανακάλυψαν ότι η κατάρρευση του Prochlorococcus συνέβη σε περιοχές με πολύ διαφορετικές θερμοκρασίες, που κυμαίνονταν από περίπου 13 έως 18 βαθμούς Κελσίου. Περιέργως, το ανώτερο άκρο αυτού του εύρους έχει αποδειχθεί σε εργαστηριακά πειράματα ότι είναι κατάλληλες συνθήκες για την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του Prochlorococcus.

«Η ίδια η θερμοκρασία δεν ήταν σε θέση να εξηγήσει πού είδαμε αυτές τις πτώσεις», λέει ο Follett.

Ο Follett επεξεργαζόταν επίσης μια εναλλακτική ιδέα σχετικά με τον προχλωρόκοκκο και την παροχή θρεπτικών ουσιών. Ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσής του, το μικρόβιο παράγει υδατάνθρακες – ένα απαραίτητο θρεπτικό συστατικό για τα ετερότροφα βακτήρια, τα οποία είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που δεν φωτοσυνθέτουν αλλά ζουν από την οργανική ύλη που παράγεται από το φυτοπλαγκτόν.

“Κάπου στην πορεία, αναρωτήθηκα, τι θα συνέβαινε αν αυτή η πηγή τροφής προχλωρόκοκκος αυξανόταν; Τι θα γινόταν αν παίρναμε αυτό το πόμολο και το περιστρέφαμε;” λέει ο Φόλετ.

Με άλλα λόγια, πώς θα άλλαζε η ισορροπία του Προχλωρόκοκκου και των βακτηρίων εάν η τροφή των βακτηρίων αυξανόταν ως αποτέλεσμα, ας πούμε, της αύξησης του φυτοπλαγκτόν που παράγει υδατάνθρακες; Η ομάδα αναρωτήθηκε επίσης: Εάν τα εν λόγω βακτήρια είχαν περίπου το ίδιο μέγεθος με τον Προχλωρόκοκκο, πιθανότατα και οι δύο θα μοιράζονταν έναν κοινό βοσκό ή αρπακτικό. Πώς θα μετατοπιζόταν επίσης ο πληθυσμός του βοσκοτόπου με μια αλλαγή στην προσφορά υδατανθράκων;

«Στη συνέχεια πήγαμε στον πίνακα και αρχίσαμε να γράφουμε εξισώσεις και να τις λύνουμε για διάφορες περιπτώσεις και συνειδητοποιήσαμε ότι μόλις φτάσετε σε ένα περιβάλλον όπου άλλα είδη προσθέτουν υδατάνθρακες στο μείγμα, τα βακτήρια και οι βοσκοί μεγαλώνουν και εξαφανίζουν τον προχλωρόκοκκο», λέει ο Dutkiewicz. .

Μετατόπιση θρεπτικών συστατικών

Για να δοκιμάσουν αυτή την ιδέα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις της ωκεάνιας κυκλοφορίας και των αλληλεπιδράσεων των θαλάσσιων οικοσυστημάτων. Η ομάδα έτρεξε το MITgcm, ένα μοντέλο γενικής κυκλοφορίας που προσομοιώνει, σε αυτή την περίπτωση, τα ωκεάνια ρεύματα και τις περιοχές των υδάτων που ανεβαίνουν σε όλο τον κόσμο. Επικάλυψαν ένα μοντέλο βιογεωχημείας που προσομοιώνει τον τρόπο με τον οποίο τα θρεπτικά συστατικά ανακατανέμονται στον ωκεανό. Με όλα αυτά, συνέδεσαν ένα σύνθετο μοντέλο οικοσυστήματος που προσομοιώνει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ πολλών διαφορετικών ειδών βακτηρίων και φυτοπλαγκτού, συμπεριλαμβανομένου του Prochlorococcus.

Όταν έτρεξαν τις προσομοιώσεις χωρίς να ενσωματώσουν μια αναπαράσταση βακτηρίων, διαπίστωσαν ότι ο Προχλωρόκοκκος επέμενε μέχρι τους πόλους, σε αντίθεση με τη θεωρία και τις παρατηρήσεις. Όταν πρόσθεσαν στις εξισώσεις που σκιαγραφούν τη σχέση μεταξύ του μικροβίου, των βακτηρίων και ενός κοινού αρπακτικού, το εύρος του Prochlorococcus απομακρύνθηκε από τους πόλους, ταιριάζοντας με τις παρατηρήσεις των αρχικών ερευνητικών κρουαζιέρων.

Συγκεκριμένα, η ομάδα παρατήρησε ότι ο Prochlorococcus ευδοκιμούσε σε νερά με πολύ χαμηλά επίπεδα θρεπτικών συστατικών και όπου είναι η κυρίαρχη πηγή τροφής για βακτήρια. Αυτά τα νερά τυχαίνει να είναι επίσης ζεστά και ο Προχλωρόκοκκος και τα βακτήρια ζουν σε ισορροπία, μαζί με τον κοινό τους θηρευτή. Αλλά σε περιβάλλοντα πιο πλούσια σε θρεπτικά συστατικά, όπως οι πολικές περιοχές, όπου το κρύο νερό και τα θρεπτικά συστατικά ανεβαίνουν από τα βαθιά ωκεάνια, μπορούν να ευδοκιμήσουν πολλά περισσότερα είδη φυτοπλαγκτού. Τα βακτήρια μπορούν στη συνέχεια να γιορτάσουν και να αναπτυχθούν με περισσότερες πηγές τροφής και με τη σειρά τους να τρέφουν και να μεγαλώνουν περισσότερο από τον κοινό τους θηρευτή. Ο προχλωρόκοκκος, ανίκανος να συνεχίσει, αποδεκατίζεται γρήγορα.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μια σχέση με έναν κοινό θηρευτή, και όχι με τη θερμοκρασία, καθορίζει το εύρος του Prochlorococcus. Η ενσωμάτωση αυτού του μηχανισμού σε μοντέλα θα είναι ζωτικής σημασίας για την πρόβλεψη του τρόπου με τον οποίο το μικρόβιο — και πιθανώς άλλα —θα αλλάξει με την κλιματική αλλαγή.

«Ο Prochlorococcus είναι ένας μεγάλος προάγγελος αλλαγών στον παγκόσμιο ωκεανό», λέει ο Dutkiewicz. «Αν η εμβέλειά του επεκταθεί, αυτό είναι ένα καναρίνι – ένα σημάδι ότι τα πράγματα έχουν αλλάξει στο κατά πολύ».

“Υπάρχουν λόγοι να πιστεύουμε ότι η εμβέλειά του θα επεκταθεί με έναν κόσμο που θερμαίνεται”, προσθέτει ο Follett.” Αλλά πρέπει να κατανοήσουμε τους φυσικούς μηχανισμούς που ορίζουν αυτά τα εύρη. Και οι προβλέψεις που βασίζονται μόνο στη θερμοκρασία δεν θα είναι σωστές.”


Μέχρι το 2100, η ​​κλιματική αλλαγή θα μπορούσε να αλλάξει τις βασικές μικροβιακές αλληλεπιδράσεις στον ωκεανό


Περισσότερες πληροφορίες:
Οι τροφικές αλληλεπιδράσεις με ετερότροφα βακτήρια περιορίζουν το εύρος του Prochlorococcus, Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (2022). DOI: 10.1073/pnas.2110993118.

Παραπομπή: Οι αλληλεπιδράσεις των αρπακτικών καθορίζουν κυρίως πού ευδοκιμούν τα μικρόβια Prochlorococcus (2022, 3 Ιανουαρίου) που ανακτήθηκε στις 3 Ιανουαρίου 2022 από https://phys.org/news/2022-01-predator-interactions-chiefly-prochlorococcus-microbes.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *