Neznatni organizmi z velikim vplivom na podnebje

Rezultati znanstvene ekspedicije Tara kažejo, da je plankton številčnejši, pestrejši in bolj pomemben za življenje na Zemlji, kot je veljalo do zdaj.

Objavljeno
04. junij 2015 15.19
Silvestra Rogelj Petrič, Znanost
Silvestra Rogelj Petrič, Znanost
Po skoraj štirih letih plovbe po svetovnih morjih in poldrugem letu analiz je mednarodna skupina znanstvenikov z odprave Tara pred dnevi predstavila rezultate do zdaj najobsežnejše raziskave planktona – neznatnih organizmov, ki lebdijo v morski vodi in med drugim proizvajajo kar polovico kisika, ki ga dihamo.

Čeprav so nepogrešljivi za naš obstoj, smo o njih do zdaj vedeli presenetljivo malo. To je prvi vtis, ki ga ustvari kar pet člankov z novimi spoznanji o teh drobnih organizmih, ki so jih v najnovejši reviji Science objavili člani odprave Tara. S francosko jadrnico Tara so med križarjenjem po svetovnih morjih v letih od 2009 do 2013 na 140 tisoč kilometrov dolgi poti na 210 lokacijah zbrali 35 tisoč vzorcev.

Vse so dali pod lupo natančne genetske analize, ki naj bi razkrila razširjenost posameznih vrst planktona, pokazala pa naj bi tudi, kakšni so »odnosi« med njimi. Mednje sodijo mikroskopsko majhne rastlinice in živali, ribje ličinke, bakterije, virusi in številni drugi mikroorganizmi, ki lebdijo v morski vodi. Ne le da s fotosintezo prispevajo polovico kisika, dosegljivega na našem planetu, so tudi osnova morske prehranjevalne verige, od katere je odvisno vse življenje v morjih.

Desetine milijonov genov

Kaj je analiza vseh teh tisočev vzorcev razkrila? V najobsežnejšem sekvencioniranju DNK v morskih organizmih so raziskovalci obdelali kar 40 milijonov genov planktona, večinoma do zdaj neznanega. Tako se je najprej in najbolj očitno izkazalo, da je večina planktona gensko veliko bolj raznovrstna, kot so bili morski biologi prepričani do zdaj. Po drugi strani je analiza pokazala, da je genska pestrost morskih virusov bistveno manjša, kot so pričakovali. Svoje podrobne ugotovitve so objavili v posebej za druge znanstvenike pripravljenem katalogu Ocean Microbial Reference Gene Catalog.

Hkrati z vzorci planktona so na raziskovalni ladji na vsaki od 210 lokacij zbrali tudi podatke o globini morja, temperaturi in slanosti vode, saj jih je zanimalo, kako ti dejavniki vplivajo na plankton. Njihovo poznavanje naj bi znanstvenikom pomagalo bolje razumeti učinke kisanja oceanov, podnebnih sprememb in samega onesnaževanja morske vode na te pomembne morske organizme. »Ugotovili smo, da v globinah, do koder seže sončna svetloba, temperatura odločilno vpliva na sestavo skupnosti prokariontov, to je bakterij in arhej,« omenja Peer Bork, član odprave Tara iz EMBL v Heidelbergu.

Še posebej pozorni so bili na interakcije med temi neznatnimi v vodi lebdečimi organizmi. »Ko smo ugotavljali, v kakšnih medsebojnih odnosih so planktonski organizmi, od virusov do živalskih ličink, smo odkrili, da je večina parazitskih. Ti omogočajo recikliranje hranilnih snovi v prehranjevalni verigi v obratni smeri,« pojasnjuje Jeroen Raes s Flandrijskega inštituta za biotehnologijo v Bruslju, ki je tudi sodeloval na odpravi. »Opazovanje teh odnosov je prvi korak k boljšemu razumevanju dinamike in sestave globalnega morskega ekosistema in vpliva podnebja na ta mala bitja,« meni Raes.

Identificirali pet tisoč vrst virusov

V zgornjih plasteh oceanov so raziskovalci odkrili nekaj več kot 5000 vrst populacij virusov in s tem vsaj nekoliko izpopolnili globalno sliko morskih virusnih skupnosti.

»Presenetilo nas je, da je kljub že nekaj desetletij potekajočim raziskavam med temi pet tisoč populacijami bilo le 39 virusov podobnih že znanim,« je opozorila Jennifer Brum, ki je na odpravo prišla z univerze v Arizoni. »To pomeni, da moramo najbolj množične in najbolj razširjene viruse v morju še proučiti, a zdaj si vsaj lahko predstavljamo, kako pomembni so za raziskave v prihodnje.«

Viruse proizvajajo lokalne semenske banke, ki jih morski tokovi raznesejo naokoli in močno premešajo njihove populacije. »Tako smo na različnih lokacijah naleteli na različne mešanice virusov, čeprav je sicer celotna diverziteta virusov v oceanih dokaj omejena,« dodaja Matthew Sullivan, njen kolega z iste univerze.

»Ker so med planktonom daleč najbolj množične bakterije, domnevamo, da večina teh virusov v morju okuži prav bakterije,« pojasnjuje Brumova.

Odprava Tara je tako razkrila marsikaj novega o malih organizmih, ki lebdijo v morski vodi. »Ti niso le hrana za kite,« poudarja Chris Bowler, raziskovalni direktor francoskega nacionalnega centra za znanstvene raziskave, ki je koordiniral ekspedicijo. Z vse bolj izrazitimi podnebnimi spremembami raste njihova vrednost: ti mali organizmi namreč s fotosintezo ne le proizvajajo kisik, ampak vsrkavajo toplogredne pline – tudi najbolj pogostega med njimi, to je ogljikov dioksid.

»Z odstranjevanjem ogljikovega dioksida iz ozračja in njegovim spreminjanjem v organski ogljik v procesu fotosinteze plankton igra vlogo pomembnega blažilnika v razmerah povečevanja izpustov ogljikovega dioksida,« poudarja Bowler.

Blažilniki podnebnih sprememb

Vlogo mikrobnih organizmov pri vplivu na podnebne spremembe te dni potrjuje še ena raziskava. Znanstveniki z znamenitega Scrippsovega oceanografskega inštituta v San Diegu v Kaliforniji so namreč odkrili, da imajo mikrobi v morski vodi ključno vlogo pri kemijski sestavi morske pene, ki vpliva na podnebne spremembe.

Fitoplankton, to je rastlinski del planktona, ki opravlja fotosintezo, po njihovih ugotovitvah skupaj z oceanskimi bakterijami vpliva na oblikovanje aerosolov v morski peni, to je majhnih delcev, ki prehajajo v ozračje. Tam pomagajo ustvarjati kapljice vlage, ki oblikujejo oblake, ti pa v veliki meri uravnavajo temperaturo na našem planetu. Rezultati raziskave, objavljeni v ponedeljek v reviji Journal ACS Central Science, kažejo, da prav ti mali mikrobi lahko v resnici vplivajo na kemijo oblakov.

Njihova študija omogoča novo razumevanje vpliva oceanskih mikrobov na razmere v ozračju; po prvih komentarjih znanstvenikov bi nova spoznanja lahko omogočila boljše predvidevanje podnebnih sprememb. »Končno smo našli povezavo med mikrobi v morski vodi in vodnim pršcem,« poudarja vodja raziskave Kimberly Prather. »Te kemijske spremembe učinkujejo na refleksivnost morskih oblakov in tako utegnejo močno vplivati na podnebje na večjem delu našega planeta.«

Kako so to ugotovili? V nasprotju z odpravo Tara so se zbiranja podatkov lotili s poskusom v laboratoriju, kjer so proučevali cvetenje fitoplanktona. Ugotovili so, da ko morske bakterije požrejo fitoplankton, ki sicer naseljuje zgornje plasti morja in se preživlja s fotosintetiziranjem, sproščajo v zrak določene molekule. Te so različne, odvisno od tipa vpletene bakterije. Valovi te molekule izpostavijo zraku, kjer nato z izhlapevanjem morske vode preidejo v oblake.

Tako so zdaj pojasnili ozadje že dalj časa znanega dejstva, in sicer, da je fitoplankton zaslužen za polovico svetovnih zalog kisika in ima zato ključno vlogo pri uravnavanju podnebja, niso pa do zdaj vedeli, zakaj se to dogaja in kako.

»Podnebni sistem je neverjetno povezan z življenjem,« poudarja vodja raziskave Mick Follows, profesor oceanografije na znamenitem Massachusettskem inštitutu za tehnologijo. »Enako kot so prve fotosintetske bakterije radikalno spremenile naš planet, utegne zdaj to storiti človek. Nad tem se moramo nujno zamisliti, če hočemo preživeti,« poziva Follows.