Kako fitoplankton hrani globalnu mrežu morskih mikroba

Jedan od najradišnijih organizama u oceanu je maleni, smaragdno obojeni Prochlorococcus marinus. Ovi jednostanični "pikoplanktoni", koji su manji od ljudskog crvenog krvnog zrnca, mogu se naći u nevjerojatnim količinama diljem površinskih voda oceana, čineći Prochlorococcus najzastupljenijim fotosintetskim organizmom na planetu. U biti Prochlorococcus veže onoliko ugljika koliko i svi usjevi na kopnu.

Sada su znanstvenici s MIT-a otkrili novu sposobnost regulacije oceana kod malih, ali moćnih mikroba, "unakrsno hranjenje" gradivnih blokova DNK. U studiji u časopisu Science Advances, tim izvješćuje da Prochlorococcus izbacuje te dodatne spojeve u svoju okolinu, gdje se zatim "unakrsno hrane", ili ih preuzimaju drugi oceanski organizmi, bilo kao hranjive tvari, energija ili za regulaciju metabolizma. Odbacivanje proklorokoka je izvor drugih mikroba.

Štoviše, ovo unakrsno hranjenje događa se u redovnom ciklusu. Prochlorococcus ima tendenciju odbaciti svoju molekularnu prtljagu noću, kada poduzetni mikrobi brzo pojedu otpad. Za mikrob nazvan SAR11, najzastupljeniju bakteriju u oceanu, istraživači su otkrili da joj noćna užina djeluje kao neka vrsta opuštajućeg sredstva, tjerajući bakterije da uspore svoj metabolizam i učinkovito se napune za sljedeći dan.

Kroz ovu interakciju unakrsnog hranjenja, Prochlorococcus bi mogao pomoći mnogim mikrobnim zajednicama da rastu održivo i to rade na način koji bi mogao odrediti dnevne ritmove mikroba diljem svijeta.

S obzirom da Prochlorococcus i SAR11 prožimaju površinske oceane, tim sumnja da bi izmjena molekula mogla dovesti do jednog od glavnih odnosa unakrsnog hranjenja u oceanu, što ga čini važnim regulatorom ciklusa ugljika u oceanu.

Znanstvenici su krenuli proučavati kako Prochlorococcus uopće koristi purin i piridin, prije nego što te spojeve izbaci u svoju okolinu. Uspoređivali su objavljene genome mikroba, tražeći gene koji kodiraju metabolizam purina i piridina. Prateći gene kroz genome, tim je otkrio da se spojevi, nakon što se proizvedu, koriste za stvaranje DNK i repliciranje genoma mikroba. Sav preostali purin i piridin se reciklira i ponovno koristi, iako se dio stvari na kraju ispušta u okoliš. Čini se da Prochlorococcus maksimalno iskorištava spojeve, a zatim odbacuje ono što ne može.

Konačno, tim je izveo jednostavan eksperiment u laboratoriju, kako bi vidio mogu li izravno promatrati mehanizam kojim purin djeluje na SAR11. Uzgajali su bakterije u kulturama, izlagali ih različitim koncentracijama purina i neočekivano otkrili da im to uzrokuje usporavanje normalnih metaboličkih aktivnosti, pa čak i rasta. Međutim, kada su istraživači te iste stanice stavili u okolišno stresne uvjete, one su nastavile rasti jake i zdrave stanice, kao da im je metaboličko zaustavljanje purinima pomoglo u pripremi za rast, izbjegavajući tako učinke stresa.