I batteri marini che vivono nelle oscure profondità dell'oceano svolgono un ruolo significativo e recentemente scoperto nel ciclo globale del carbonio, secondo un nuovo studio pubblicato in Scienza .

L'"oceano oscuro" - tutto ciò che si trova al di sotto dei 200 metri - costituisce il 90% dell'oceano. Si sa molto poco della vita microscopica in questo regno e del suo ruolo fondamentale nella trasformazione dell'anidride carbonica in materiale cellulare, proteine, carboidrati e lipidi. Questo materiale organico appena prodotto può quindi essere consumato da altri organismi marini migliorando la produttività dell'oceano.

La maggior parte del carbonio oceanico scuro viene catturato nella zona mesopelagica, che si trova tra 200 e 1000 metri sotto la superficie dell'oceano. L'identità dei microrganismi che eseguono questo processo e le fonti di energia coinvolte sono rimaste un grande mistero. Analizzando i genomi trovati nei campioni di acqua di mare di questa zona, gli scienziati del Bigelow Laboratory for Ocean Sciences hanno ora identificato alcuni dei contributori più significativi:i batteri che ossidano i nitriti.

"Sapevamo che questi batteri erano lì e coinvolti nel ciclo globale del carbonio, ma il loro ruolo è molto più ampio di quello che gli scienziati pensavano in precedenza, " disse Maria Pachiadaki, scienziato post-dottorato presso il Laboratorio Bigelow.

Questi batteri traggono la loro energia dall'ossidazione dei composti azotati. Rappresentano meno del 5% delle cellule microbiche nell'oceano oscuro, che in precedenza portava gli scienziati a sottovalutare notevolmente il loro contributo. Questo studio rivela che, nonostante la loro abbondanza relativamente bassa, I batteri nitrito-ossidanti catturano annualmente più di 1,1 gigatonnellate di anidride carbonica nella zona mesopelagica. Questo è paragonabile alle stime precedenti del carbonio totale catturato nell'intero oceano oscuro.

Il team ha analizzato la composizione delle comunità microbiche mesopelagiche sulla base di informazioni genetiche in campioni di acqua di mare provenienti da 40 località in tutto il mondo. Hanno quindi utilizzato strumenti di genomica a cellula singola per sequenziare completamente le singole cellule ed esaminarne la biologia in base ai loro progetti genetici.

"Prima delle tecniche di genomica, l'oceano oscuro era una scatola nera, perché i microrganismi di questo ambiente si rifiutano di crescere nei laboratori di ricerca, " disse Ramunas Stepanauskas, un ricercatore senior presso il Bigelow Laboratory e direttore del Single Cell Genomics Center. "Ora, utilizzando strumenti contemporanei sviluppati dal nostro gruppo, possiamo aprire questa scatola nera e capire chi ci vive, cosa stanno facendo, e come lo stanno facendo".

La ricerca dietro questo Scienza l'articolo è iniziato con lo sforzo di identificare nuovi gruppi di organismi microscopici nella zona mesopelagica. Secondo Pachiadaki, la spiegazione precedentemente accettata per la cattura del carbonio nell'oceano oscuro non sembrava corretta a un'attenta ispezione. Archea, un gruppo molto più abbondante di microrganismi nell'oceano oscuro, era stato accreditato di fare la maggior parte del lavoro, ma i conti non tornavano. Il team ha deciso di scoprire gli organismi non identificati che erano i veri campioni della cattura dell'anidride carbonica nel vasto oceano oscuro.

Il team ha analizzato quasi 3, 500 genomi di batteri e archaea. Quando non trovarono altri organismi che avevano le vie metaboliche per catturare il carbonio e che si trovavano in abbondanza abbastanza grande, hanno iniziato a dare un'occhiata più da vicino ai batteri che ossidano i nitriti.

Circa 100 dei genomi analizzati sono stati identificati come batteri nitrito-ossidanti, e il team ha selezionato e sequenziato completamente le informazioni genetiche di 30 organismi rappresentativi.

"Se non avessimo i dati genomici, probabilmente non avremmo mai pensato di esaminare l'impatto di questi batteri sul ciclo del carbonio, " ha detto Pachiadaki.

Nel corso del progetto, le tecniche genomiche all'avanguardia hanno continuato a evolversi rapidamente, e il Single Cell Genomics Center del Bigelow Laboratory hanno aggiunto una tecnologia avanzata che ha permesso ai ricercatori di stimare i diametri delle cellule. Ad un tratto, gli scienziati hanno potuto vedere che i batteri che ossidano i nitriti erano molto più grandi degli abbondanti archaea precedentemente ritenuti responsabili della maggior parte della cattura del carbonio nell'oceano oscuro.

"Possono costituire solo il 5% della popolazione, ma le cellule dei batteri nitriti ossidanti sono 50 volte più grandi, " ha detto Pachiadaki.

Per verificare la loro ipotesi, il team ha progettato una serie di esperimenti con i collaboratori dell'Università di Vienna. Il gruppo di ricerca del professor Gerhard Herndl ha prelevato campioni di acqua di mare dalla zona mesopelagica in diverse località dell'Atlantico settentrionale e ha aggiunto anidride carbonica che era stata contrassegnata con un'etichetta radioattiva. Ciò ha permesso loro di determinare la quantità assorbita da ciascun gruppo di microrganismi, che ha confermato il ruolo dominante dei batteri nitrito-ossidanti nella cattura del carbonio.

"Questi risultati gettano nuova luce sul legame tra i cicli dell'azoto e del carbonio nell'interno dell'oceano, "Herndl ha detto. "Abbiamo dimostrato sperimentalmente il ruolo principale degli ossidanti di nitrito nel catturare l'anidride carbonica nell'oceano scuro e illuminato un gruppo di microbi che non ha ancora ricevuto adeguata attenzione per il loro impatto nel ciclo del carbonio oceanico".