Wissenschaftler entdecken neue Fakten über farbige organische Stoffe in der Tiefsee

May 26, 2017 Picocyanobakterien als Hauptverursacher ausgemacht

Ungefähr die Hälfte des atmosphärischen Kohlendioxids wird von den Phytoplankton, hauptsächlich Picocyanobakterien, durch Photosynthese gebunden.

Picocyanobakterien sind einzellige Mikroorganismen, die in Süßwasser- und Meeresumgebungen weit verbreitet sind. Ein großer Teil des biologisch gebundenen Kohlenstoffs wird von diesem Phytoplankton an der Meeresoberfläche gebildet und dann in die Tiefsee transportiert. Aber es ist immer noch unklar, wie farbige gelöste organische Stoffe (die aus pflanzlichem Detritus an Land oder im Meer stammen) in die Tiefsee gelangen.

"Wir stehen noch ganz am Anfang des Verständnisses des marinen Kohlenstoffkreislaufs", sagt Michael Gonsior, Chemiker am University of Maryland Center for Environmental Science (UMCES). Er fügte hinzu, dass die Quellen bestimmter Chemikalien im Ozean noch nicht genau definiert sind, da es sich um ein riesiges und komplexes System handelt.

In der Tiefsee zeigen gelöste organische Stoffe ein Fluoreszenzsignal, das dem humusähnlichen Fluoreszenzsignal in Flüssen oder Bächen ähnelt. Viele Wissenschaftler stellen die Hypothese auf, dass dieses Material aus von Flüssen und Strömen stammt, die sie vom Land in den Ozean tragen. Es gibt jedoch immer mehr Hinweise darauf, dass dieses Material auch aus dem Meer stammt, was den Großteil des farbigen Materials in der Tiefsee erklären könnte.

Die UMCES-Forscher Gonsior und Feng Chen haben den ersten Schritt getan, um die von marinen Picocyanobakterien freigesetzten organischen Stoffe zu charakterisieren.

"Unser ursprünglicher Plan war es, das Schicksal des organischen Kohlenstoffs zu verstehen, der bei der viralen Lyse von Picocyanobakterien freigesetzt wird", sagt Molekularbiologin Chen.

Erstmals haben sie gezeigt, dass kultivierte Picocyanobakterien - Synechococcus und Prochlorococcus - fluoreszierende Komponenten freisetzen, die den typischen Fluoreszenzsignalen im Ozean sehr ähnlich sind.

Beide, Synechococus und Prochlorocccos, sind die häufigsten Kohlenstofffixierer im Ozean. Es wird vorhergesagt, dass Picocyanobakterien, die wärmere Temperaturen bevorzugen, bis zum Ende des Jahrhunderts um 10 bis 20 Prozent zunehmen könnten, wenn die Erwärmung der Ozeane anhält.

"Wenn du auf dem blauen Ozean segelst, sind dort eine Menge Picocyanbakterien am Werk. Sie wandeln Kohlendioxid in organischen Kohlenstoff um und sind wahrscheinlich dafür verantwortlich, dass ein Teil der Farbe der Tiefsee aus organischem Material stammt", sagt Gonsior.

Gonsior und Chen untersuchten den Stamm von Synechococus und stießen dabei auf die Entdeckung. Sie planten, das Schicksal der gelösten organischen Stoffe zu messen, indem sie die molekulare Zusammensetzung mit modernster Massenspektrometrie untersuchten, die in Zusammenarbeit mit Professor Philippe Schmitt-Kopplin am Helmholtz-Zentrum für Gesundheit und Umwelt in München durchgeführt wurde.

Viele biologische Verbindungen leuchten, wenn sie mit Licht angeregt werden. Gonsior führte optische Analysen durch, bei denen die Absorption und Fluoreszenz gemessen wurden.

"Als ich die ersten Fluoreszenzmessungen dieser Proben sah, war mir sofort klar, was hier los war. Wir fanden heraus, dass diese Picocyanobakterien fluoreszierende organische Stoffe freisetzen, die das nachahmen, was wir sowohl in der Tiefsee als auch in Flüssen und Bächen sehen", sagt Gonsior.

"Für mich ist das aufregend, weil es so viele photosynthetische Cyanobakterien im Meer gibt. Das wissen wir schon lange, aber niemand hat eine Verbindung zwischen Picocyanobakterien und fluoreszierenden gelösten organischen Stoffen hergestellt", sagt Chen.

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