Circa la metà dell'anidride carbonica atmosferica è fissata dal fitoplancton dell'oceano, principalmente picocianobatteri, attraverso un processo chiamato fotosintesi. I picocianobatteri sono piccoli, microrganismi unicellulari abbondanti e ampiamente distribuiti negli ambienti di acqua dolce e marina. Una grande porzione di carbonio fissato biologicamente è formata da picocianobatteri sulla superficie del mare e quindi trasportata nelle profondità dell'oceano. Ma ciò che rimane un mistero è come la materia organica disciolta colorata che ha origine dai detriti vegetali (sia sulla terra che in mare) arriva nelle profondità dell'oceano. Un team di scienziati dell'Università del Maryland Center for Environmental Science (UMCES) e di tutto il mondo ha potenzialmente trovato una fonte marina praticabile di questo materiale colorato.

"Siamo ancora all'inizio della comprensione del ciclo del carbonio marino, " disse Michele Gonsior, un chimico presso l'Università del Maryland Center for Environmental Science. "Finora le fonti di sostanze chimiche specifiche nell'oceano non sono ben definite perché è un sistema così vasto e complesso. Quindi qualsiasi passo avanti per smontare la complessità rende questo contributo prezioso".

Nell'oceano profondo, la materia organica disciolta mostra un segnale di fluorescenza che assomiglia a quello che vedresti in un fiume o in un ruscello. È stato tradizionalmente chiamato fluorescenza umica, supponendo che provenga da alberi degradanti e altra materia organica terrestre. Molti scienziati hanno ipotizzato che questo materiale trovato nelle profondità dell'oceano sia i resti di fiumi e torrenti di tutto il mondo che lo portano fuori dalla terra e nell'oceano. Però, stanno crescendo le prove che ci sono fonti marine di questo materiale, il che potrebbe ben spiegare la maggior parte di questo materiale colorato trovato nell'oceano profondo.

I ricercatori dell'UMCES Michael Gonsior e Feng Chen hanno compiuto il primo passo nella caratterizzazione della materia organica rilasciata dai picocianobatteri marini. "Il nostro piano originale era capire il destino del carbonio organico rilasciato dalla lisi virale dei picocianobatteri", ha affermato Feng Chen.

Per la prima volta, ricercatori hanno dimostrato che i picocianobatteri coltivati, sinecococco e Proclorococco , trovati in mare aperto rilasciano componenti fluorescenti che si avvicinano strettamente a questi tipici segnali fluorescenti trovati negli ambienti oceanici.

"Gli scienziati non hanno mai esaminato da vicino i picocianobatteri come fonte di composti specifici nell'oceano prima d'ora, " ha detto Gonsior. "Se riusciamo a capire quali sono le fonti possiamo meglio dedurre cosa sta succedendo in termini di alcuni elementi del ciclo del carbonio marino".

Se il riscaldamento dell'oceano continua, si prevede che i picocianobatteri, che preferiscono le alte temperature, diventerà più abbondante e potrebbe aumentare dal 10 al 20 percento entro la fine del secolo, disse Chen. "Questi ragazzi sono molto importanti, " Ha aggiunto.

"Due generi di picocianobatteri— sinecococo e Procloroccos -sono i fissatori di carbonio più abbondanti nell'oceano", ha detto Chen. Il suo laboratorio mantiene una collezione di cianobatteri marini e cianovirus. Alcuni di questi isolati sono stati utilizzati in questo studio.

"Quando navighi sull'oceano blu, ci lavorano molti picocianobatteri, "disse Gonsior." Trasformano l'anidride carbonica in carbonio organico e sono probabilmente responsabili di parte del colore dell'oceano profondo proveniente dalla materia organica".

Gonsior e Chen guardarono lo sforzo di sinecococo e ci siamo imbattuti nella scoperta. Chen, un biologo molecolare, e Gonsio, un chimico, pianificato di misurare il destino della materia organica disciolta esaminando la composizione molecolare utilizzando la spettrometria di massa all'avanguardia condotta in collaborazione con il professor Philippe Schmitt-Kopplin presso il Centro Helmholtz per la salute ambientale di Monaco, Germania. Molti composti biologici si illuminano quando vengono eccitati dalla luce. Gonsior decise di fare analisi ottiche che misurassero l'assorbanza e la fluorescenza, il tipo che fa abitualmente sui campioni d'acqua nel suo laboratorio.

"Quando ho visto le prime misurazioni di fluorescenza di questi campioni, era molto chiaro cosa stava succedendo. Abbiamo scoperto che quei picocianobatteri stavano rilasciando materia organica fluorescente, che imita quello che vediamo sia nell'oceano profondo, ma anche in fiumi e torrenti, " disse Gonsior. "Molte persone erano state alla ricerca di fonti di questo materiale di colore giallo, e abbiamo identificato una valida fonte di materia organica disciolta fluorescente marina che potrebbe spiegare i segnali osservati nelle profondità degli oceani globali".

"Per me questo è eccitante perché hai cianobatteri fotosintetici così abbondanti nell'oceano, " ha detto Feng Chen. "Lo sappiamo da molto tempo, ma nessuno ha fatto un collegamento tra i picocianobatteri e la materia organica disciolta fluorescente", ha aggiunto.

Lo studio, "I picocianobatteri e la materia organica disciolta fluorescente dell'oceano profondo condividono proprietà ottiche simili" è apparso nel numero del 17 maggio di Comunicazioni sulla natura .