Una scoperta scientifica spesso inizia con un'osservazione casuale fatta da menti aperte che ne realizzano il potenziale. Questo accade più e più volte nei corsi di Advanced Research Training di MBL. Una nuova intuizione porta a un progetto di ricerca del corso che, al termine del corso, può sbocciare in una collaborazione scientifica su vasta scala che continua a connettere i partecipanti ai corsi in tutto il mondo.

Nel 2014, studenti e docenti del corso sulla diversità microbica del MBL hanno fatto un'osservazione così fortuita. Una squadra lo ha seguito nei prossimi anni e la scorsa settimana, hanno pubblicato le loro intuizioni sulla rivista Microbioma ambientale .

La storia è iniziata nella laguna di Trunk River, vicino alla pista ciclabile del mare splendente a Falmouth, Messa., che per decenni è stato un "laboratorio naturale" per il corso Microbial Diversity insieme ad altri siti di campo locali, come Sippewissett Marsh. (Il corso, fondata a MBL nel 1971 da Holger Jannasch, quest'anno festeggerà il suo 50° anniversario).

"Pochi giorni dopo aver attraversato a guado la sezione poco profonda della laguna del fiume Trunk, le nostre impronte sono diventate gialle, ", afferma l'autore senior Emil Ruff, un assistente di insegnamento del corso nel 2014-15 e ora uno scienziato nel MBL's Ecosystems Center e Josephine Bay Paul Center.

Ruff ipotizzò che la sospensione gialla (che i partecipanti al corso chiamavano "limonata" microbica) fosse una fioritura di zolfo generata da microrganismi che accoppiano la fotosintesi all'ossidazione dello zolfo. I passi degli studenti probabilmente hanno sollevato erba marina in decomposizione e altro materiale organico, rilasciando solfuro nell'acqua e creando un habitat adatto alla fioritura di microbi rari.

Le fioriture di microrganismi non sono rare nei corpi idrici. Alcuni sono così enormi da essere visibili dai satelliti. Alcuni sono dannosi, perché possono essere tossici per gli animali, o portare all'esaurimento dell'ossigeno in alcune aree dell'oceano. Le fioriture generate da alte concentrazioni di solfuri sono generalmente un problema, in quanto possono diventare tossici per i pesci, cozze e uccelli. Ci sono molte domande aperte su cosa innesca la formazione e il collasso della fioritura.

Il prossimo anno, Ruff e un team del corso Microbial Diversity sono tornati a Trunk River con l'obiettivo di creare e monitorare intenzionalmente le fioriture per studiare come le comunità microbiche si formano e cambiano nel tempo. Hanno scavato buche nella laguna e aggiunto pali che hanno permesso loro di campionare quotidianamente da diverse profondità senza disturbare la colonna d'acqua.

"Spesso nell'ecologia microbica, cerchiamo di capire un ecosistema nel suo stato stazionario. Ma non è chiaro quanto tempo impieghi un ecosistema per riprendersi dopo un disturbo e cosa ci vuole per stabilire una comunità [microbica] diversificata, " dice Ruff. Il disegno sperimentale ha permesso al team di ricerca di seguire la comunità microbica mentre iniziava ad assemblarsi, maturato e stratificato nel tempo, e crollò alla fine della fioritura.

La comprensione di queste dinamiche è particolarmente importante negli ecosistemi degli estuari, come la laguna del fiume Trunk, che sono esposti a disturbi naturali e umani. Gli estuari non solo forniscono un'importante protezione dall'erosione costiera, catturano anche il carbonio dall'atmosfera e lo sequestrano. Servono anche come fonte di cibo e terreno fertile per gran parte della biodiversità costiera.

"L'ecologia e la biogeochimica che causano le fioriture causate dallo zolfo ci hanno mostrato quanto velocemente le cose possono girare, e come gli ecosistemi e i microbiomi possono cambiare rapidamente in caso di disturbi, "dice Ruff.

Una scoperta sorprendente è stata dove i microbi della fioritura, chiamati fototrofi anossigenici, hanno trovato condizioni di vita ottimali. Prima dello studio, si pensava generalmente che molti dei microbi della fioritura non potessero crescere in presenza di ossigeno. Trovarli in acque leggermente ossiche ha portato i ricercatori a esaminare i loro genomi. Hanno scoperto che alcune specie di Chlorobiales, la stirpe batterica responsabile della maggior parte della biomassa della fioritura e del colore giallo, codificano enzimi che combattono lo stress da ossigeno, il che potrebbe spiegare la tolleranza all'ossigeno dei microbi. Questa e altre intuizioni hanno già avviato nuovi progetti di ricerca del corso.

Come le diverse funzioni dei microbi nella comunità degli estuari del fiume Trunk, il corso Microbial Diversity riunisce docenti, docenti e studenti con diversi background e centri di ricerca.

"Quello che ho trovato notevole è la gamma di competenze nel corso, " dice Ruff. "Puoi mettere insieme un gruppo di ricercatori in grado di esaminare tutti gli aspetti di un ecosistema, compresa la microbiologia, fisica, chimica e tutto il resto. Questo approccio olistico è ciò che il corso rappresenta e trasmette ai suoi studenti ogni anno, negli ultimi 49 anni".