Negli oceani del mondo, i microbi catturano l'energia solare, catalizzare le principali trasformazioni biogeochimiche di elementi importanti, produrre e consumare gas serra, e costituiscono la base della rete trofica marina. Gli ecologi microbici che lavorano nel laboratorio di Sonya Dyhrman al Lamont-Doherty Earth Observatory si sforzano di comprendere i processi dell'ecosistema oceanico studiando una moltitudine di creature, la maggior parte troppo piccola per essere vista dall'occhio umano. Questi sono i minuscoli microbi chiamati fitoplancton che vivono sotto la superficie dell'oceano, assunzione di anidride carbonica, luce solare e sostanze nutritive per produrre ossigeno. Quell'ossigeno è essenziale per la sopravvivenza umana.

"Uno dei motti del nostro laboratorio è 'prendere un respiro, grazie a un fitoplancton, '" ha detto il ricercatore Matthew Harke. Diatomee, un tipo di fitoplancton microscopico, si stima che producano un quinto dell'ossigeno che respiriamo.

"Il mondo microbico invisibile è alla base della pesca, clima, e la funzione stessa degli ecosistemi oceanici, e vogliamo sapere come cambieranno questi ecosistemi in futuro, " spiega Dyhrman.

Tra le domande che guidano il team di Dyhrman c'è:come sopravvivono e prosperano queste importantissime diatomee in condizioni difficili? Un nuovo studio scritto da Harke e dai membri del team Dyhrman pubblicato oggi su ISME fa luce.

"Sulla base di quest'ultima ricerca, dovremmo probabilmente cambiare il motto del nostro laboratorio in "prendere un respiro, ringraziare un fitoplancton e i loro amici, "" ha detto Harke. La sua scoperta caratterizza una relazione simbiotica tra diatomee e batteri. "Avevamo la sensazione che questa relazione amichevole fosse fondamentale per il successo della diatomea, ma la loro relazione era in gran parte atipica, " disse Harke.

La ricerca di Harke e del team descrive una funzione simile a quella della digestione umana.

"Sappiamo che il microbioma umano è di fondamentale importanza per la nostra salute:non potremmo digerire i nostri pranzi senza i molti batteri utili che vivono con noi! Con la mia ricerca, stiamo dimostrando che il fitoplancton si basa anche su utili associazioni batteriche, " disse Harke.

Gli organismi microscopici interessati dal team includevano una diatomea e il suo partner simbiotico di cianobatteri che fissa l'azoto. Poiché questi organismi sono molto difficili da coltivare in laboratorio, il team Dyhrman ha dovuto navigare nel mezzo dell'Oceano Pacifico, centinaia di miglia al largo della costa delle Hawaii, per trovarli. Questa è una vasta regione dell'oceano intrappolata dalle correnti conosciute come il North Pacific Subtropical Gyre (NPSG). Quest'acqua sequestrata forma un ecosistema tendenzialmente povero di risorse, come azoto e fosforo. È una specie di deserto oceanico rispetto agli ecosistemi costieri ricchi di sostanze nutritive. Qui, il laboratorio Dyhrman ha preso parte a un in corso, sforzo collaborativo noto come Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology, o AMBITO. Lo studio, finanziato da una sovvenzione multimilionaria fornita dalla Simons Foundation, coinvolge partner scientifici in tutto il mondo. Il team ha setacciato migliaia di litri di acqua di mare, che hanno raccolto in quattro giorni nel luglio del 2015.

"Perché sono microscopici, abbiamo usato strumenti molecolari per esplorare queste interazioni. Dall'acqua filtrata, abbiamo sequenziato tutti i geni che sono stati attivati ​​e disattivati ​​da questa partnership e abbiamo usato i supercomputer per ricostruire come i loro metabolismo si sono intrecciati nei cicli giorno-notte, " ha spiegato Harke.

È importante sottolineare che la ricerca suggerisce che questi "amici" possono aiutare le diatomee a sopravvivere alle dure condizioni degli oceani aperti dove i nutrienti delle piante sono scarsi. Ad esempio, la ricerca ha visto modelli di espressione genica condivisi indicativi della condivisione delle risorse necessarie per la crescita. L'"amico" della diatomea in questa partnership è in grado di catturare il gas azoto e convertirlo in una forma utilizzabile, alimentando la diatomea tanto necessario azoto in cambio di protezione (le diatomee hanno un guscio simile al vetro) e carbonio. La ricerca ha anche trovato prove genetiche su come i due organismi stanno insieme e si riproducono.

"Con questo studio, abbiamo fornito una nuova visione di come funziona questa partnership, fornendo informazioni su una linea di base che dovremo studiare per prevedere cosa aspettarci in un futuro oceano, " ha detto Harke. Il NPSG è uno dei più grandi biomi sulla Terra. "Mentre il clima continua a cambiare, si prevede che questi oceani oligotrofici [affamati di nutrienti] si espandano, probabilmente rendendo queste partnership più importanti."