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Ozeanbakterien liefern Nahrungspakete an Meeresorganismen
Neue Forschungen des Massachusetts Institute of Technology zeigen, dass marine Cyanobakterien, deren Körpermasse die Basis der Nahrungskette im Meer bildet, auch Meeresorganismen auf andere Weise ernähren - sie liefern "Lebensmittelpakete", die mit Kohlenstoff und anderen Nährstoffen gefüllt sind.
Die Bakterien setzen Lipidvesikel - kugelförmige Beutel mit Proteinen und genetischem Material in Form von DNA - und RNA frei, die nach Ansicht der Forscher einen Gentransfer in Bakteriengemeinschaften ermöglichen und auch als Lockvögel für Viren dienen könnten.
Marine Cyanobakterien sind wie winzige Ozeanpflanzen, indem sie ihre eigene kohlenstoffreiche Nahrung aus der Photosynthese herstellen, die Sonnenlicht und CO nutzt2. Durch ihre eigene Körpermasse versorgen sie die Nahrungskette des Ozeans mit organischen Verbindungen und mit Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese.
In einer aktuellen Ausgabe von WissenschaftSallie W. Chisholm, Professorin am Departement für Bauingenieurwesen und Umwelttechnik am Massachusetts Institute of Technology (MIT), und Kollegen berichten, wie sie eine große Anzahl extrazellulärer Vesikel mit einem Durchmesser von jeweils etwa 100 Nanometern entdeckt haben, die mit den zwei häufigsten Arten verbunden sind von Cyanobakterien, Prochlorococcus und Synechoccocus.
Erstmals extrazelluläre Vesikel, die mit Ozeanbakterien in Verbindung stehen
Das Wissen, dass Bakterien extrazelluläre Vesikel freisetzen, gibt es seit den 1960er Jahren, aber es ist das erste Mal, dass es in Meeresbakterien beobachtet wurde.
Das Team fand die Vesikel in Kulturen von Cyanobakterien und auch in Proben aus den nährstoffreichen Gewässern an der Küste von Neuengland sowie in den nährstoffarmen Gewässern der Sargassosee, in der Mitte des Nordatlantik-Gyre.
Als sie sie im Labor testeten, fanden sie, dass die Vesikel stabil und in der Lage waren, zwei Wochen oder länger zu überleben, und boten genügend Kohlenstoff, um das Wachstum von Bakterien zu unterstützen, die keine Photosynthese betreiben.
Die Entdeckung wird unser Denken über den Lebensmittelzyklus des Ozeans verändern
Die Entdeckung dieser Vesikel in den Ozeanen bedeutet, dass wir die Art, wie wir über sie denken, und ihre Rolle im Nahrungszyklus des Ozeans ändern müssen - eine Kernbotschaft der Studie.
Wir wissen wenig darüber, wie sie zur Zirkulation und Versorgung von gelöstem organischem Kohlenstoff in marinen Ökosystemen beitragen. Sie könnten ein wichtiger Weg sein, auf dem Organismen im Meer Gene und andere essentielle Materialien, Energie und Information austauschen.
Bei der Analyse des genetischen Materials in den Vesikeln aus dem Meerwasser fand das Team DNA aus einer Vielzahl von Bakterien, was darauf hindeutet, dass viele von ihnen Vesikel produzieren.
Gerade Prochlorococcus"Die globale Produktion beläuft sich auf einige Milliarden Milliarden Vesikel pro Tag - sie tragen dazu bei, dass eine erhebliche Menge an kohlenstoffreichem Material in den spärlichen Nährstoffpool der offenen Meere gelangt."
Welchen evolutionären Vorteil hat die Abgabe von Nahrung in Vesikeln?
Aber warum ist eine Bakterienzelle darauf vorbereitet, jeden Tag ein Päckchen mit einem Sechstel ihrer eigenen Größe freizusetzen, besonders in der nährstoffarmen Umgebung der offenen Meere? Die Forscher fragten sich, warum sie ein solches Risiko eingehen würden.
Prof. Chisolm sagt:
"Prochlorococcus ist das kleinste Genom, das organischen Kohlenstoff aus Sonnenlicht und Kohlendioxid herstellen kann, und es verpackt diesen Kohlenstoff und gibt ihn in das Meerwasser um ihn herum frei. Es muss einen evolutionären Vorteil haben, dies zu tun. Unsere Herausforderung besteht darin, herauszufinden, was es ist. "
Eine Erklärung könnte in der Tatsache liegen Prochlorococcus verlässt sich auf nicht-photosynthetische Bakterien, um Chemikalien abzubauen, die für sie toxisch sind - es hat die Fähigkeit verloren, es für sich selbst zu tun.
Also vielleicht, indem Sie leckere kleine Snack-Pakete zu seinen nicht-photosynthetischen Nachbarn schicken, Prochlorococcus hält die Beziehung für beide Seiten vorteilhaft.
Eine andere Idee, die die Forscher vorschlagen, ist, dass die Vesikel als Lockvogel für Räuber dienen. Unter Elektronenmikroskopen konnten sie sehen, wie Phagen - Viren, die Bakterien angreifen - an Vesikel gebunden wurden.
Sobald ein Phage seine DNA in ein Vesikel injiziert, wird es effektiv entwaffnet und unwirksam gemacht - es kann sich nicht in einer lebenden Zelle reproduzieren. Es ist so, als ob die Bakterien die Vesikel auf ähnliche Weise freisetzen wie Kampfjets, die Spreu freisetzen, um Raketenangriffe abzulenken.
Die MIT Energieinitiative, zusammen mit Zuschüssen von der Gordon und Betty Moore Foundation und dem Zentrum für Mikrobielle Ozeanographie der National Science Foundation, half bei der Finanzierung der Studie.
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