Sargasso Denizi’nin 95 m derinliğinden örneklenen bir tür kokolitofor olan Michaelsarsia elegans’ın taramalı elektron mikroskobu görüntüsü. Araştırmacılar, bu tip bir kokolitoforun, karbonu farklı şekillerde elde etmek için özel adaptasyonlar geliştirmiş bir miksotrof örneği olduğuna inanıyor. Kredi: Colin Fischer, Bigelow Laboratuvarı Okyanus Bilimleri
Bigelow Laboratuvarı Okyanus Bilimleri tarafından yapılan son araştırmalarda, okyanus-atmosfer karbon döngüsü için çok önemli olan bir fitoplankton türü olan kokolitoforların, Osmotropi olarak bilinen bir süreç olan çözünmüş organik karbon formlarını emerek düşük ışık koşullarında hayatta kalabilir. Emme oranı yavaş olmasına rağmen, bu organizmaların okyanus tabanında karbonun tutulmasında oynadıkları role ilişkin yeni bir anlayış sunuyor ve küresel karbon döngüsü algımızı yeniden tanımlıyor.
Coccolithophores, a Küresel olarak her yerde bulunan fitoplankton türü, okyanus ve atmosfer arasındaki karbon döngüsünde önemli bir rol oynar. Bigelow Laboratuvarı Okyanus Bilimleri tarafından yapılan yeni araştırma, bu hayati mikropların, çözünmüş organik karbon formlarını alarak düşük ışık koşullarında hayatta kalabildiğini ve araştırmacıları okyanusta karbon döngüsünü yönlendiren süreçleri yeniden düşünmeye zorladığını gösteriyor. Bulgular bu hafta Science Advances dergisinde yayınlandı.
Çözünmüş organik karbonun doğrudan absorpsiyonundan karbon çıkarma yeteneği, osmotrofi olarak bilinir. Bilim adamları daha önce laboratuvarda yetiştirilen kültürleri kullanarak kokolitoforların osmotrofisini gözlemlemiş olsalar da bu, bu fenomenin doğadaki ilk kanıtıdır.
Kıdemli Araştırma Bilimcisi William Balch liderliğindeki ekip, dünyanın dört bir yanındaki kokolitofor popülasyonları üzerinde deneylerini üstlendi. kuzeybatı Atlantik Okyanusu. Fitoplanktonun, her biri onları izlemek için kimyasal belirteçlerle etiketlenmiş üç farklı organik bileşikle beslenme oranını ölçtüler. Çözünen bileşikler, kokkolitoforlar tarafından hem tek hücrelerini oluşturan organik dokular hem de kendi etraflarına salgıladıkları kokolit adı verilen inorganik mineral plakalar için bir karbon kaynağı olarak kullanıldı. Organik bileşiklerin alımı, fitoplanktonun fotosentez yoluyla karbon alma hızına kıyasla yavaştı. Ancak göz ardı edilemezdi.
“Kokolitoforlar, bu çözünmüş organik malzemeleri alarak herhangi bir ‘büyüme yarışını’ kazanmıyor,” dedi Balch. “Yalnızca varlıklarını sürdürüyorlar, ancak yavaş da olsa yine de büyüyebiliyorlar.”
Kokolitoforlar gibi bitkiler, büyümek için karbonlarını genellikle atmosferden çıkarılan karbon dioksit ve bikarbonat gibi inorganik formlardan alırlar. fotosentez yoluyla. Kokolitoforlar öldüklerinde batarlar, tüm bu karbonu yeniden mineralleştirilebileceği veya gömülebileceği okyanus tabanına taşıyarak milyonlarca yıl etkili bir şekilde hapsederler. Bu işleme biyolojik karbon pompası adı verilir.
Alkalinite pompası adı verilen paralel bir işlemin parçası olarak, kokkolitoforlar ayrıca yüzey suyundaki bikarbonat moleküllerini koruyucu kokkolitlerini oluşturan kalsiyum karbonata (esas olarak kireçtaşı) dönüştürür. Yine ölüp battıklarında, tüm bu yoğun inorganik karbon deniz tabanına balastlanır. Daha sonra bir kısmı tekrar bikarbonata dönüşerek alkaliliği yüzeyden derinliğe “pompalar”.
Ancak yeni kanıtlar, kokolitoforların yalnızca yüzeye yakın bu inorganik karbon formlarını kullanmadığını gösteriyor. Ayrıca denizdeki en büyük organik karbon havuzu olan çözünmüş organik karbonu alıyorlar ve bunun bir kısmını sonunda okyanusun derinlerine batacak olan kokolitlerine sabitliyorlar. Bu, bu serbest yüzen organik bileşiklerin alımının, karbonun okyanus yüzeyinden aşağıdaki derinliklere taşınmasını sağlayan hem biyolojik hem de alkalinite pompalarında başka bir adım olduğunu gösteriyor.
“Bu büyük çözünmüş organik karbon kaynağı var. Balch, “Her zaman denizdeki karbonat döngüsüyle gerçekten ilgili olmadığını varsaydığımız okyanusta” dedi. “Şimdi, derinlere inen karbonun bir kısmının gerçekten o muazzam çözünmüş organik karbon havuzundan geldiğini söylüyoruz.”
Bu, üç- yıl Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen proje. Genel çaba, Balch’ın mezun olduğu Scripps Oşinografi Enstitüsü’nde yüksek lisans öğrencisi olan William Blankley’nin onlarca yıllık tezinden ilham aldı. 1960’larda Blankley, bu çalışmada kullanılan organik bileşiklerden biri olan gliserolle besleyerek 60 gün boyunca karanlıkta kokolitoforları büyütmeyi başardı. Ne yazık ki, araştırması yayınlanamadan öldü. Balch, Blankley’nin bulgularının bunca yıl sonra yeni teknolojiyle yeniden üretilebilmesinin, bu ilk çalışmanın kalitesine borçlu olduğunu söyledi.
Ancak, en son çalışmanın asıl zorluğu, bunu üstlenmekti. Kontrollü bir laboratuvar ortamı dışında araştırma. Ekibin, deniz suyundaki bu organik bileşikleri (Blanley deneylerinden çok daha düşük ortam konsantrasyonlarında) ölçmek için bir yöntem geliştirmesi ve ardından bunların yabani kokolitoforlar tarafından nasıl alındığını izlemesi gerekiyordu.
“Kültür yaptığınızda fitoplanktonları laboratuvarda istediğiniz kadar büyütebilirsiniz. Ama okyanusta ne alırsan al,” dedi Balch. “Zorluk, tüm bu gürültüde, bu organik molekülleri kokolitlerine alanların kokkolitoforlar olduğunu söyleyecek olumlu bir kanıt bulmaktı.”
Mevcut proje tamamlanmış olsa da, Balch bir sonraki adımın şu olduğunu söyledi: Kokolitoforların deniz suyunda bulunan diğer organik bileşikleri şimdiye kadar test edilen üç bileşikle aynı oranda alıp alamadıklarını incelemek. Kokolitoforlar bu deneylerde çözünmüş üç bileşiği yavaş oranlarda kullanıyor olsalar da, deniz suyunda potansiyel olarak emebilecekleri binlerce başka organik molekül vardır. Daha fazlasını kullanıyorlarsa, bu bulgu, küresel karbon döngüsünü anlamada daha da önemli bir adım olabilir.
Referans: “Kokolitofor popülasyonları tarafından çözünmüş organik bileşiklerin ozmotrofisi: parçacıklı organik ve inorganiklere fiksasyon carbon” 24 Mayıs 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf6973