Le alghe assorbono anidride carbonica (CO ₂ ) dall'atmosfera e trasformano il carbonio in biomassa rilasciando l'ossigeno nell'atmosfera. La rapida crescita delle alghe durante la fioritura del fitoplancton porta a un massiccio trasferimento di anidride carbonica nella biomassa algale. Ma cosa succede dopo al carbonio?

"Una volta che le alghe muoiono, il carbonio viene remineralizzato dai microrganismi che consumano la loro biomassa. Viene quindi restituito all'atmosfera come anidride carbonica. In alternativa, se le alghe morte affondano nel fondo del mare, la materia organica è sepolta nel sedimento, potenzialmente per molto tempo, " spiega la prima autrice Karen Krüger dell'Istituto Max Planck per la microbiologia marina di Brema. "I processi alla base della remineralizzazione del carbonio algale non sono ancora completamente compresi".

Così, Krüger e i suoi colleghi hanno studiato i microrganismi durante le fioriture algali primaverili nel Mare del Nord meridionale, sull'isola di Helgoland. Hanno esaminato specificamente l'uso batterico dei polisaccaridi, zuccheri che costituiscono una frazione sostanziale della biomassa algale. Insieme ai colleghi del Max Planck Institute, l'Università di Greifswald e il DOE Joint Genome Institute in California, Krüger ha effettuato un'analisi metagenomica mirata del phylum batterico Bacteroidetes, poiché questi sono noti per consumare molti polisaccaridi. In dettaglio, gli scienziati hanno esaminato i cluster di geni chiamati loci di utilizzo dei polisaccaridi (PUL), che si sono rivelati specifici per un particolare substrato polisaccaridico. Se un batterio contiene un PUL specifico, che indica che si nutre del corrispondente zucchero algale.

Bassa diversità PUL

"Contrariamente a quanto ci aspettavamo, la diversità di PUL importanti era relativamente bassa, " dice Krüger. Solo cinque principali classi di polisaccaridi venivano regolarmente prese di mira da più specie di batteri, vale a dire beta-glucani (come laminarina, il principale composto di stoccaggio delle diatomee), alfa-glucani (come amido e glicogeno, anche composti di accumulo di alghe e batteri), mannani e xilani (tipicamente componenti della parete cellulare algale), e alginati (noti soprattutto come sostanza viscida prodotta da macroalghe brune). Di questi cinque substrati, solo due (alfa e beta-glucani) costituiscono la maggior parte dei substrati a disposizione dei batteri durante una fioritura di fitoplancton. Ciò implica che i più importanti substrati polisaccaridici rilasciati dalle alghe morenti sono costituiti da un insieme abbastanza piccolo di componenti di base.

"Dato ciò che sappiamo sulla diversità delle specie algali e batteriche, e l'enorme potenziale complessità dei polisaccaridi, non è stata una sorpresa da poco vedere uno spettro così limitato di PUL, e solo in un numero relativamente piccolo di cladi batterici, Il coautore Ben Francis del Max Planck Institute for Marine Microbiology riassume in un commento di accompagnamento. "Questo è stato particolarmente inaspettato perché studi precedenti suggerivano qualcosa di diverso. Un'analisi di oltre 50 isolati batterici, ad es. batteri che possono essere coltivati ​​in laboratorio, che il nostro gruppo di lavoro ha effettuato nella stessa regione di campionamento ha rivelato una diversità molto più ampia di PUL, " Aggiunge.

Successione temporale della degradazione dei polisaccaridi

Nel corso della fioritura algale, gli scienziati hanno osservato un modello distinto:nelle prime fasi di fioritura, meno e più semplici polisaccaridi dominati, mentre i polisaccaridi più complessi si sono resi disponibili con il progredire della fioritura. Questo potrebbe essere causato da due fattori, Francesco spiega:"Prima, i batteri in generale preferiranno substrati facilmente degradabili come i semplici glicani di stoccaggio rispetto a quelli biochimicamente più esigenti. Secondo, polisaccaridi più complessi diventano sempre più disponibili nel corso di una fioritura, quando sempre più alghe muoiono."

Questo studio fornisce approfondimenti senza precedenti sulla dinamica di una fioritura di fitoplancton e dei suoi protagonisti. Una comprensione fondamentale della maggior parte del flusso di carbonio mediato da glicani durante gli eventi di fioritura del fitoplancton è ora a portata di mano. "Prossimo, vogliamo approfondire i processi alla base delle dinamiche osservate, " dice Kruger. "Inoltre, sarà interessante studiare la degradazione dei polisaccaridi in habitat con altre fonti di carbonio, come i mari artici o i sedimenti".