Uma gota no oceano está repleto de vida

Uma gota no oceano está repleto de vida Cientistas revelam relações ocultas entre os micróbios marinhos MIT / WHOI Programa Conjunto estudante Jamie Becker configura experimentos de incubação, a bordo do navio de investigação Melville durante um cruzeiro de pesquisa para o Pacífico Sul, no outono de 2010. Becker serviu como cientista chefe júnior na RAPA BiG cruzeiro, que fazia parte do programa C-MORE (Center for Microbial Oceanography: Pesquisa e Educação). Durante o cruzeiro, os pesquisadores estudaram os micróbios ao longo de gradientes biogeoquímicos acentuada a partir da costa do Chile para Ilha de Páscoa. Os experimentos de incubação foram projetadas para revelar como as comunidades microbianas naturais respondem ao carbono orgânico dissolvido a partir de fontes diferentes. (Foto de Mar Nieto-Cid, Woods Hole Oceanographic Institution) Ampliar imagem Frascos contêm amostras para ser injetado em um espectrômetro de massa cromatógrafo líquido para revelar o carbono orgânico dissolvido neles. O líquido marrom no balão da direita contém compostos de carbono orgânico produzido e lançado por um autotroph específico. (O frasco da esquerda é um controle para o experimento, contendo um meio de incubação baseada em água do mar sem autótrofos acrescentou.) Alguns compostos de carbono orgânico dissolvido, como os pigmentos marrons aqui, pode ser visto a olho nu, mas a maioria é incolor e pode 't ser visto sem a ajuda de instrumentos como um espectrómetro de massa. (Foto de Jamie Becker, MIT Programa Conjunto WHOI) Ampliar imagem Ao examinar de perto o ensopado de compostos de carbono orgânico dissolvido no oceano, os cientistas estão começando a revelar as relações até então desconhecida entre micróbios marinhos específicos, forjados pelos materiais que produzem e consomem. Micróbios autotróficas converter dióxido de carbono em carbono orgânico que os micróbios heterotróficos dependem para sua sobrevivência. Em um extremo (esquerda), todos os autotróficos podem produzir uma variedade de compostos que uma variedade de organismos heterotróficos consomem. No outro extremo (direita), específicas autotróficos podem produzir compostos específicos que os heterotróficos consomem específicos. E há muitos cenários possíveis entre eles. Essas interações microscópicas são engrenagens importantes que medeiam cadeias alimentares do oceano e influenciar a química do nosso planeta inteiro. (Ilustração de Amy Caracappa-Qubeck, Woods Hole Oceanographic Institution » Grupo de Biogeoquímica Microbiana em WHOI » C-MORE Center for Microbial Oceanography: Pesquisa e Educação » C-MORE BiG RAPA cruzeiro Blog, mapas, vídeos e muito mais a partir de cruzeiro conduzido para estudar os micróbios no Pacífico Sul » Marinho Iniciativa Microbiologia do Programa de Gordon e Betty Moore Foundation Por Jamie Becker Programa MIT / WHOI Conjunto em Oceanografia Biologia Departamento "O universo é feito de histórias ... " -Muriel Rukeyser Existem inúmeras histórias em cada gota de água do mar. Mas com um elenco de milhões e enredos mais do que uma novela diurna, as histórias podem ser um pouco difícil de seguir. As histórias, é claro, dependem de qual queda especial que você está assistindo e que horas você entrar em sintonia, mas nas águas iluminadas pelo sol da superfície do nosso oceano, a cerca de um milhão de organismos microscópicos estão vivendo suas vidas em cada gota. Eles levam o que eles necessitam para viver, cuspir o que eles não, reproduzir e morrer. Eles podem ser comido, morrer de fome, ou tornar-se infectado por vírus e explodir em todo o lugar. Alguns lutam entre si por recursos, enquanto outros trabalham juntos e dependem uns dos outros. Gotas de água do mar pode faltar no romance e tiroteios, mas eles abrigam uma riqueza de contos em curso dramático da vida microscópica e sobrevivência. A queda é muito pequena, e os microorganismos são ainda menores. Sua invisível complexo micro-histórias pode parecer inconseqüente. Então, por que alguém iria incomodar a observá-los? Três quartos do nosso planeta é coberto com uma camada de água do mar que é mais de dois quilômetros de profundidade, em média. Que o volume acrescenta-se a algo em torno de um trilhão de gotas (ou um septillion, se você preferir) e cerca de 100.000 vezes como muitos micróbios. Esta difícil de entender a abundância significa que a vida desses pequenos organismos têm grande escala consequências para nosso planeta. Eles desempenham um papel vital que ajudam a determinar a produtividade da pesca marinha e da quantidade de dióxido de carbono gases de efeito estufa na nossa atmosfera. Mas como se vê o que está acontecendo em um nível microscópico no oceano? Assistindo histórias em gotas de água do mar não é tão simples como ligar sua televisão. Você poderia olhar para um copo cheio de água do mar durante todo o dia, mas você não iria aprender muito (exceto, talvez, que você realmente precisa encontrar um hobby). Assistindo histórias do mar microbiana requer técnicas biológicas e químicas, primeiro para simplificar as histórias e, finalmente, começar a revelá-los. Quem é fazer e comer o quê? Central para qualquer história é conhecer os personagens e descobrir o que eles estão fazendo. Oceanógrafos microbiana gastaram muito tempo e esforço trabalhando para responder a estas duas questões aparentemente simples: "Quem está aí?" E "O que eles estão fazendo?" Usando genes como uma forma de identificá-los, os cientistas agora estão iluminando um elenco de personagens que era completamente desconhecido para nós algumas décadas atrás. Embora o trabalho nesta área continua a se expandir, é "o que eles estão fazendo?" Parte da história que ainda sabemos relativamente pouco sobre. Perguntas simples a respeito de como vários micróbios marinhos ganhar a vida permanecem mistérios, e estas lacunas em nosso conhecimento são como páginas em falta ou cenas que, coletivamente, tornam difícil para nós seguirmos a história. Um mistério envolve questões fundamentais sobre os resíduos alimentares e de que estes microorganismos produzem e consomem. Embora minúsculos, os micróbios oceano muitos são bastante ativos. Coletivamente, eles são como comunidades de fazendas e fábricas microscópicas que são capazes de consumir e produzir uma vasta quantidade de material. Cientistas se referem ao material à base de carbono produzidas por organismos vivos mais simples como carbono orgânico. Acontece que não há a mesma quantidade de carbono na forma de dióxido de carbono em nossa atmosfera como existe dissolvido no oceano na forma de carbono orgânico. Mas o que exatamente é este carbono orgânico dissolvido e de onde ele vêm? Conheça os personagens principais 
 Se você tivesse que escolher, um bom lugar para começar a história seria com os autotróficos. Autótrofos são organismos que podem criar os seus próprios alimentos, e muitos deles fazê-lo usando a fotossíntese. Eles usam a energia da luz solar para transformar dióxido de carbono em carbono orgânico. Em seguida, eles usam os compostos de carbono orgânico fazem crescer e se reproduzir. A planta em sua janela é um autótrofo, e por isso são muitos dos microorganismos que vivem na parte iluminada pelo sol sobre o oceano. Estes micróbios formam a base da teia alimentar marinha, produzindo o carbono orgânico, que em última instância alimenta quase todas as outras criaturas marinhas que vivem. Se você não pode criar a sua própria comida como um autótrofo, então você é um heterotróficos. Os seres humanos são heterótrofos-carnívoros, vegetarianos, e vegans iguais. Para sobreviver, você quer comer alguma coisa feita uma autotroph (cenoura, milho, maçã) ou você come algo que costumava comer autótrofos (um hambúrguer já foi chomping na grama durante todo o dia). Micróbios da água do mar muitos também são heterótrofos. Tal como nós, eles precisam de carbono orgânico para viver, mas eles não podem fazer os compostos de carbono orgânico de dióxido de carbono se. Eles têm que buscá-la, direta ou indiretamente, a partir de micróbios autotróficos. Então como é que um micróbio heterotróficos, sem dentes ou micro-talheres à mão, comer outro micróbio quando eles são aproximadamente do mesmo tamanho? A resposta é: não. Enquanto que alguns micróbios marinhos maiores realmente engolir ou engolir outros micróbios todo, a maioria dos micróbios heterotróficas no oceano realmente não consomem outros organismos. Em vez disso, eles se aproveitam do fato de que cada gota de água do mar é repleto de dissolvido compostos de carbono orgânico. Como esses compostos chegar lá? Eles foram todos produzidos pela autótrofos, mas não fazem mais parte de qualquer organismo vivo para uma variedade de razões. Organismos maiores, que comem micróbios nem sempre engoli-los inteiros, e como um bebê em uma cadeira alta, deixe pedaços de micróbios em todo o lugar. Autótrofos infectados por vírus marinhos podem rebentar e expulsar todo o carbono orgânico em sua água. Autótrofos são também conhecidos simplesmente exalam compostos de carbono orgânico de suas celas na água. Não está claro por que isso acontece. Pode ser que eles fazem compostos extra e vala-los quando eles não precisam deles. Eles podem entrar em pânico, sob condições estressantes e material de liberação. Alguns podem ser apenas um pouco de fuga. Seja qual for a causa, a maior parte do carbono orgânico produzido pela marinha autótrofos acaba como matéria inanimada, e isso se torna o 1 º alimento para micróbios heterotróficos. A atenção para os membros do elenco Mas esta história relativamente simples começa a ficar confuso quando você cavar um pouco mais. O que exatamente são esses compostos orgânicos de carbono? Autótrofos que fazem o que agrava? Fazer heterotróficos consomem diferentes compostos diferentes? Por que uma certa porção de carbono orgânico dissolvido parecem sentar no oceano, enquanto outras partes desaparecem quase imediatamente? Se uma gota de água do mar fica mais quente, ou menos salgado, ou mais ácido, fazer a mudança de compostos? Eles são produzidos de forma mais lenta ou consumido mais rápido? Nós realmente não sabemos as respostas. Não saber não só limita nossa compreensão fundamental do oceano, também compromete a nossa capacidade de prever como as mudanças globais futuro pode ter impacto na vida dos micróbios marinhos e, por sua vez, a saúde do nosso planeta. Uma maneira de obter respostas para as perguntas acima é focar em personagens individuais na gota de água do mar. Estamos começando a ser capaz de fazer isso. Avanços na cultura nos permitiram manter muitos micróbios marinhos vivos em laboratório, cultivá-las em grandes lotes, e estudá-las individualmente, em um cenário que é mais simples do que o oceano. Que nos permite examinar carbono orgânico dissolvido de uma fonte biológica conhecida que não tenha sido consumidos ou alterados de forma alguma pela atividade heterotrófica. Novos instrumentos tornam possível a aquisição de informações químicas sobre esses compostos, para que possamos começar a comparar o carbono orgânico produzido por micróbios autotróficas diferentes. Essa é a premissa da minha pesquisa. Depois que eu crescer um lote de um autotroph particular, filtrar as células e fico com o carbono orgânico que produziam e liberado. Em um processo chamado cromatografia líquida, eu bombear o líquido contendo este carbono orgânico através de um tubo cheio de material que liga o carbono orgânico. Com base em suas propriedades químicas, compostos mover através do material em taxas diferentes. O processo separa o carbono orgânico para que compostos emergir do tubo em momentos diferentes. Os compostos em seguida, digite um instrumento conhecido como um espectrômetro de massa, que organiza as moléculas com base em uma proporção de sua massa e carga e conta a sua abundância. Através de uma combinação de análises computacionais e estatísticos, estamos descobrindo a vários compostos químicos que os autotróficos liberação de suas celas para o oceano, e estamos começando a fazer conexões entre a identidade do produtor e do material que produz. Menus microbiana 
 A próxima pergunta é para descobrir se heterótrofos particular, preferem consumir compostos de particular. Para fazer isso, tenho vindo a colaborar com o Dr. Michael Rappe no Instituto de Biologia Marinha do Havaí. Nós alimentamos diferentes compostos de carbono orgânico obtido a partir dessas culturas autotróficas a culturas de diferentes bactérias heterotróficas marinhas, em seguida medir alterações nas taxas do heterótrofos de crescimento. Desta forma, podemos começar a identificar quais compostos orgânicos feitos por autótrofos que são preferidos pelos quais os organismos heterotróficos. Minhas experiências têm mostrado que a história é realmente muito complicado. Alguns heterótrofos não parecem responder a qualquer um dos compostos testados até agora, outros vão crescer muito mais rápido e chegar a uma maior concentração, quando administrado de certos compostos autótrofos, mas outros não. Descobri, por exemplo, que vários subgrupos do bactérias heterotróficas muito abundantes conhecido como SAR11 parecem gostar de merendas de carbono orgânico produzido pela autotroph Prochlorococcus , mas eles parecem ser afetados por carbono orgânico de qualquer outra fonte que testamos . Estudos como estes têm o potencial para revelar as ligações previamente desconhecida entre autótrofos e heterótrofos específicos, forjados pelos compostos químicos que produzem e consomem. Ao examinar de perto o ensopado de compostos de carbono orgânico dissolvido no oceano, nós estamos começando a aprender que faz e come o que os compostos e como esses processos se combinam para tornar o mundo natural ir ao redor. Que também irá ensinar-nos como esses links e os cenários podem mudar as condições na mudança do oceano, e como isso poderia afetar a natureza ea saúde do nosso planeta. Se, por exemplo, as condições eram favoráveis ​​à mudança e autótrofos que não Prochlorococcus , as bactérias podem sofrer SAR11 bem, o que poderia levar a mudanças mais. E isso é só um enredo. Ainda há muito mais trabalho a fazer antes de chegarmos a história completa. Esta pesquisa foi financiada por uma concessão da Gordon and Betty Moore Foundation e pela National Science Foundation Centro de Ciência e Tecnologia para Oceanografia Microbiana: Pesquisa e Educação (C-MORE). Enviado: 20 de outubro de 2011 TRADUÇÃO