Le creature marine hanno bisogno di andare in bagno, pure, e negli acquari, che crea il compito di pulire l'acqua dai rifiuti come l'ammoniaca, nitriti e nitrati. I batteri buoni scompongono i composti dell'azoto al Georgia Aquarium, e in un nuovo studio, alcune comunità batteriche lì emulavano sorprendentemente bene quelle che si trovano naturalmente negli oceani.

"È stato fenomenale. Non me lo aspettavo, " ha detto Frank Stewart, ricercatore principale dello studio condotto dal Georgia Institute of Technology. "Le comunità microbiche sono seminate da microbi provenienti dagli animali e dal loro cibo in un acquario che non attinge all'oceano. Ma queste sembravano comunità microbiche marine naturali".

Questa è una buona notizia per le migliaia di fauna marina, compresi gli squali balena, mante e una tartaruga marina di nome "Tank, " che vivono nell'Ocean Voyager del Georgia Aquarium, la più grande esposizione oceanica al coperto negli Stati Uniti con quasi 24 milioni di litri (6,3 milioni di galloni) di acqua di mare costituita. I ricercatori hanno analizzato nel tempo due comunità batteriche nella mostra e hanno scoperto che alcune comunità svolgono un lavoro di pulizia migliore di altre.

"Un vero punto di svolta"

"L'analisi batterica è stata una vera svolta per il Georgia Aquarium, " ha detto Eric Hall, che ha collaborato alla ricerca ed è Senior Director per Life Support Systems e Water Quality per l'acquario. "Ora abbiamo una comprensione molto migliore di come appare questa micro-comunità batterica benefica che vive nell'acqua dell'habitat e nei nostri filtri".

I ricercatori vorrebbero che il loro lavoro continuo aiutasse gli operatori di acquari di tutto il mondo a ottimizzare le colonie batteriche per la massima pulizia dell'acqua. Georgia Tech e Georgia Aquarium, un'organizzazione di vita marina senza scopo di lucro, hanno pubblicato la loro analisi sulla rivista Microbiologia applicata e ambientale di venerdì, 29 settembre 2018.

Il primo autore fu Andrew Burns, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Stewart. La ricerca è stata finanziata dalla Fondazione Simons, la Fondazione Nazionale della Scienza, e la dotazione di Teasley.

La cacca di pesce vattene

Per rimanere fresco, L'acqua di Ocean Voyager scorre attraverso una serie di processi di pulizia. Nel serbatoio, come negli oceani, i batteri scompongono gli escrementi, ammoniaca e altri rifiuti, poi l'acqua della mostra dell'acquario scorre attraverso filtri che rimuovono più cose, compresi i nitriti.

L'acqua scorre anche attraverso speciali reattori batterici, e per allora è libero da quasi tutto tranne i nitrati, che può diventare tossico se lasciato accumularsi ad alte concentrazioni. Nei reattori, colonie di batteri, il fulcro di questo studio, abbattere i nitrati.

I reattori, o "tamponi, "non hanno quasi ossigeno e offrono ai batteri zolfo come cibo. Quindi, i batteri anaerobici si riuniscono lì per "mangiare" lo zolfo e "respirare" i nitrati per formare gas azoto, che può ribollire nell'atmosfera. L'atmosfera terrestre è naturalmente composta da circa il 78% di azoto.

Sorpresa batterica eterogenea

Le comunità batteriche che i ricercatori hanno incontrato nei due cuscinetti che hanno studiato hanno deluso le aspettative. Per uno, i ricercatori pensavano di poter trovare entrambi i cuscinetti dominati da un iconico batterio denitrificante chiamato Thiobacillus denitrificans, che può essere utilizzato per seminare a mano acquari professionali e domestici. Non l'hanno fatto.

"Sicuramente è apparso nei nostri sistemi, ma i geni per gli strumenti che Thiobacillus denitrificans porta per fare questi processi erano ampiamente distribuiti tra molti diversi tipi di microbi, " ha detto Stewart, che è professore associato presso la School of Biological Sciences della Georgia Tech. "I livelli di diversità erano semplicemente eccezionali."

Anche, le composizioni delle comunità batteriche nei due cuscinetti erano virtualmente opposte l'una dell'altra.

"In uno dei pad abbiamo avuto una specie che è diventata circa il 90 percento della comunità, " Burns ha detto. Era un ceppo correlato a una specie chiamata Thiobacillus thioparus. "L'altro pad aveva una comunità molto più diversificata con molte specie e persino generi diversi." (Il genere è la categoria tassonomica sopra le specie).

"Anche guardando alcuni dei principali contributori, c'era un genere di Sulfurimonas (batteri) e anche quelli avevano una tonnellata di specie diverse, circa 150 specie o varianti di ceppo invece di dire, dieci, che ci si poteva aspettare, "Stewart ha detto.

Bozza batterica NFL

Come le squadre sportive, le due comunità batteriche hanno riunito diversi attori. Una squadra aveva un grande fuoriclasse, e l'altra squadra ha distribuito le competenze necessarie per tutti i passaggi chimici in modo più uniforme all'interno della squadra.

"Abbiamo scoperto che in molti di questi sistemi un singolo batterio sta per diventare il contributore principale e che supererà tutti gli altri e diventerà la maggioranza della comunità e farà la maggior parte del metabolismo, " Burns ha detto. "Nel nostro studio, questo tampone si è rivelato migliore nella denitrificazione".

Ma potrebbe funzionare al contrario, che particolari comunità batteriche miste possono funzionare in modo più efficiente, Burns ha detto, e anche nei sistemi in cui un giocatore è il protagonista, la varietà può aggiungere forza.

"Può dare a quel sistema batterico un backup, " Burns ha detto. "Se si basasse su un solo grande giocatore, se gli è successo qualcosa, l'intero sistema potrebbe andare in crash."

"Ciò che è veramente interessante è quante specie di una certa specie esistono nel nostro sistema e soprattutto scoprire cosa stanno facendo, "Ha detto Hall. "Queste creature microscopiche non sono solo in giro, ma in realtà stanno facendo cose benefiche per la nostra acqua che non abbiamo capito bene prima".

È troppo presto per dare consigli, ma date le prime osservazioni, i ricercatori pensano che chiunque cerchi di ottimizzare i batteri per l'acquario potrebbe non dover necessariamente gettare un grande organismo in un sistema dall'esterno. Convincere invece una grande comunità batterica ad autoassemblarsi potrebbe massimizzare il potere pulente.