Одна из самых активных экосистем планеты встречается редко, и ученые только начинают ее исследовать. В открытом океане обитают крошечные организмы - фитопланктон, - которые выполняют половину фотосинтеза на Земле, помогая вырабатывать кислород для животных на суше.
Исследование океанографов Вашингтонского университета, опубликованное этим летом в журнале Nature Microbiology, посвящено тому, как фотосинтезирующие микробы и океанские бактерии используют серу, обильное морское питательное вещество.
Сера - это пахучий элемент, который придает пляжам характерный запах. Новое исследование было сосредоточено на сульфонатах, в которых атом серы связан с тремя атомами кислорода и молекулой на основе углерода. В океане фитопланктон использует энергию солнца для создания молекул сульфоната. Затем бактерии потребляют сульфаты, чтобы получить питательные вещества и энергию.
Бриндан Дарем, в то время исследователь океанографии с докторской степенью, а ныне доцент Университета Флориды, опирался на недавние генетические исследования почв, чтобы узнать, какие микробные пути используются для переработки сульфонатов в океане. Сначала исследование было сосредоточено на 36 морских микробах, которых команда культивировала в лаборатории, используя разработанный UW метод для проверки того, какие организмы самостоятельно производят сульфонаты в лабораторных условиях.
Исследование обнаружило «некоторое поразительное сходство между сульфонатными путями в земных и океанских системах», - написал Дарем в статье «За бумагой» в журнале Nature Microbiology, в которой обсуждается проект. Растения производят большую часть сульфонатов в почве. В океанах большая часть сульфонатов также производится фотосинтезирующими организмами, но в данном случае одноклеточным фитопланктоном.
Затем в исследовании рассматривались микробы в открытом океане, которые еще не могут быть выведены в лаборатории. Во время исследовательского круиза 2015 года к северу от Гавайев под руководством группы исследователей, в том числе Вирджинии Армбраст и Анитры Ингаллс, профессоров океанографии и ведущих авторов нового исследования, образцы микробов были собраны в разное время дня и ночи. Затем исследователи заморозили образцы, чтобы проанализировать их генетическое и химическое содержание еще в Сиэтле.
"Мы вернулись из моря с морозильной камерой образцов, которые сгенерировали для нас более шести терабайт данных для изучения, - писал Дарем, - серьезное вычислительное препятствие".
Команде в конце концов удалось извлечь соответствующие данные и найти закономерности, подтверждающие результаты лабораторных исследований. Они также обнаружили ритм дня и ночи в метаболизме сульфонатов, отражающий активность фотосинтезирующих организмов.
«Сульфонаты производятся и потребляются определенными группами микробов, поэтому мы можем использовать их для отслеживания конкретных взаимоотношений в морских сообществах», - сказал Дарем. «А поскольку сульфонаты содержат связь углерод-сера, они являются частью глобального углеродного цикла, который контролирует поток углекислого газа в океан и из него. Это становится все более важным понимать по мере изменения климата».