Морской фитопланктон выживает благодаря помощи бактерий

Исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессных технологий (QIBEBT) Китайской академии наук, возможно, обнаружили секрет выживания фитопланктона Synechococcus в бедных питательными веществами океанах. Этот вид, существующий около 3 миллиардов лет, является самым географически разнообразным и отвечает за четверть первичной продукции океанов.

Ключевое открытие: Synechococcus и питающиеся им гетеротрофные бактерии обладают врождённой склонностью к мутуализму — взаимовыгодным отношениям, которые могут восстанавливаться после внешних воздействий.

Ход эксперимента и результаты

  • Учёные использовали стабильную двухлетнюю кокультуру Synechococcus и бактериального сообщества из предыдущего исследования.
  • В эту систему внесли стерильные неорганические питательные вещества, имитируя изменение условий в океане.
  • Установившийся мутуализм нарушился, что привело к ухудшению состояния фитопланктона.
  • После исчерпания внешних питательных веществ, в течение следующих 450 дней, Synechococcus и бактерии постепенно восстановили метаболический мутуализм, что возродило здоровье фитопланктона.

Механизм взаимодействия

Генетический анализ и трассировка азота показали, что бактерии сыграли ключевую роль в восстановлении:

  • Бактериальное сообщество претерпело значительные структурные и функциональные изменения.
  • Бактерии обеспечили когенерацию (совместное производство) азота, фосфора, железа и витамина B12, что поддерживало длительный здоровый рост Synechococcus.
  • В частности, бактерии способствовали фиксации азота, преобразуя его в доступную для фитопланктона форму.

Значение и перспективы

Это исследование, опубликованное в Science Advances, указывает на совместную эволюционную адаптацию Synechococcus и гетеротрофных бактерий для выживания в бедных питательными веществами средах.

Полученные данные открывают новые вопросы и возможности:

  • Применима ли эта врождённая мутуалистическая связь к другим водорослям?
  • Можно ли стимулировать рост водорослей, искусственно создавая дружественные микробные сообщества?
  • Потенциальное регулирование взаимодействий водоросли-бактерии может предложить новый способ увеличения морской секвестрации углерода, управляемой водорослями.