Heligoland es la única isla real en alta mar de Alemania, famoso por sus aves marinas, sellos y compras libres de impuestos en lugar de algas microscópicas. Pero lo que interesaba a los científicos del MPI era el destino de la materia orgánica una vez que las algas mueren. Crédito:Instituto Max Planck de Microbiología Marina, Naomi Esken
Las algas absorben dióxido de carbono (CO 2 ) de la atmósfera y convierten el carbono en biomasa mientras liberan el oxígeno a la atmósfera. El rápido crecimiento de algas durante las floraciones de fitoplancton conduce a una transferencia masiva de dióxido de carbono a la biomasa de algas. Pero, ¿qué pasa con el carbono a continuación?
"Una vez que mueren las algas, el carbono es remineralizado por microorganismos que consumen su biomasa. Por tanto, vuelve a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Alternativamente, si las algas muertas se hunden en el fondo marino, la materia orgánica está enterrada en el sedimento, potencialmente durante mucho tiempo, "explica la primera autora Karen Krüger del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen." Los procesos detrás de la remineralización del carbono de las algas aún no se comprenden completamente ".
Por lo tanto, Krüger y sus colegas investigaron microorganismos durante la floración de algas en primavera en el sur del Mar del Norte, en la isla de Heligoland. Analizaron específicamente el uso bacteriano de polisacáridos, azúcares que constituyen una fracción sustancial de la biomasa de algas. Junto con colegas del Instituto Max Planck, la Universidad de Greifswald y el DOE Joint Genome Institute en California, Krüger llevó a cabo un análisis metagenómico dirigido del filo de bacterias Bacteroidetes, ya que se sabe que consumen muchos polisacáridos. En detalle, los científicos observaron grupos de genes llamados loci de utilización de polisacáridos (PUL), que se ha encontrado que son específicos para un sustrato polisacárido particular. Si una bacteria contiene un PUL específico, eso indica que se alimenta del azúcar de algas correspondiente.
Baja diversidad de PUL
"Al contrario de lo que esperábamos, la diversidad de PUL importantes fue relativamente baja, ", dice Krüger. Solo cinco clases principales de polisacáridos estaban siendo atacadas regularmente por múltiples especies de bacterias, a saber, betaglucanos (como laminarina, el principal compuesto de almacenamiento de diatomeas), alfa-glucanos (como almidón y glucógeno, también compuestos de almacenamiento de algas y bacterias), mananos y xilanos (típicamente componentes de la pared celular de las algas), y alginatos (conocidos principalmente como material viscoso producido por macroalgas marrones). De estos cinco sustratos, solo dos (alfa y beta glucanos) constituyen la mayoría de los sustratos disponibles para las bacterias durante la floración del fitoplancton. Esto implica que los sustratos polisacáridos más importantes liberados por las algas moribundas están formados por un conjunto bastante pequeño de componentes básicos.
"Dado lo que sabemos sobre la diversidad de especies de algas y bacterias, y la enorme complejidad potencial de los polisacáridos, No fue una sorpresa pequeña ver un espectro tan limitado de PUL, y solo en un número relativamente pequeño de clados bacterianos, "El coautor Ben Francis del Instituto Max Planck de Microbiología Marina resume en un comentario adjunto." Esto fue especialmente inesperado porque estudios previos sugirieron algo diferente. Un análisis de más de 50 cepas bacterianas, es decir. bacterias que se pueden cultivar en el laboratorio, que nuestro grupo de trabajo llevó a cabo en la misma región de muestreo reveló una diversidad mucho más amplia de PUL, " él añade.
Sucesión temporal de la degradación de polisacáridos
Durante el curso de la floración de algas, los científicos observaron un patrón distinto:en las primeras etapas de floración, dominaron menos y más simples polisacáridos, mientras que polisacáridos más complejos estuvieron disponibles a medida que avanzaba la floración. Esto puede deberse a dos factores, Francis explica:"Primero, En general, las bacterias preferirán sustratos fácilmente degradables, como los glicanos de almacenamiento simples, a los más exigentes desde el punto de vista bioquímico. Segundo, polisacáridos más complejos se vuelven cada vez más disponibles durante el curso de las floraciones, cuando mueren más y más algas ".
Este estudio proporciona información sin precedentes sobre la dinámica de una floración de fitoplancton y sus protagonistas. Una comprensión fundamental de la mayor parte del flujo de carbono mediado por glucanos durante los eventos de floración de fitoplancton está ahora al alcance. "Próximo, queremos profundizar en los procesos subyacentes a la dinámica observada, "dice Krüger." Además, será interesante investigar la degradación de polisacáridos en hábitats con otras fuentes de carbono, como los mares árticos o los sedimentos ".
