CN-SEO

Berapa banyak karbon yang dapat diserap lautan, dan apa yang terjadi ketika planet itu hangat? Sonya Dyhrman, seorang ahli kelautan dan seorang profesor mikroba di Lamont-Doherty Earth Observatory, mencoba menjawab pertanyaan-pertanyaan ini. (Lamont adalah bagian dari Sekolah Iklim Columbia.)

Dyhrman mempelajari mikroba laut, yang mendukung dinamika ekosistem yang sangat kompleks. “Jaringan interaksi yang sangat kompleks ini benar -jantung laut,” katanya. “Dan penting untuk menjawab pertanyaan tentang berapa banyak karbon yang bisa dipegang lautan.” Dyhrman berbicara dengan kondisi planet tentang bagaimana dia melakukan penelitian; Pelajari tentang “bahasa” mikroorganisme kimia; Dan mengapa penting untuk mengajar anak muda dari sains laut.

Apa yang Anda pelajari dan mengapa penting?

Saya mempelajari mikroba laut, terutama fotosintesis mikroba laut, yang merupakan dasar makanan laut dan sangat penting, tidak hanya untuk dinamika ekosistem di lautan, tetapi juga untuk bersepeda karbon dan gas rumah kaca lainnya. Mereka memainkan peran penting dalam rantai makanan dan biogeokimia.

Pertanyaan nomor satu yang saya dapatkan adalah, apa yang akan terjadi di lautan di masa depan? Kami tidak memahami aturan yang memungkinkan kami memprediksi siapa atau apa yang ada di laut dan apa yang mereka lakukan dengan baik untuk mengekstrapolasi masa depan dengan akurasi yang kami inginkan.

Ada interaksi web yang sangat kompleks yang terjadi pada skala mikroskopis yang tidak terlihat. Ada jaringan keseluruhan ribuan dan ribuan bahan kimia dan mikroba, dan semuanya memiliki sifat metabolisme yang sedikit berbeda. Beberapa fotosintesis. Beberapa predator. Beberapa hidup dalam simbiosis satu sama lain. Jaringan interaksi ini benar dari jantung laut. Ini seperti detak jantung yang mendukung setiap ikan, paus, makanan laut, meterai dan orang yang Anda cintai. Dan ketika kita merenungkan berapa banyak karbon samudera yang dapat dipegang, dan sejauh mana hal itu dapat membuat perubahan yang kita lihat dalam karbon atmosfer, jaringan ini penting dalam menjawab pertanyaan.

Bagaimana Anda melakukan riset?

Baik biologi kimia dan ekosistem dimulai dengan bahan kimia detak jantung dan mikroba semuanya berinteraksi satu sama lain -tetapi mendeteksi interaksi ini ketika Anda tidak dapat secara langsung mengamati mikroba yang sangat menantang. Salah satu hal menarik yang terjadi sepanjang karier saya adalah kemajuan teknologi. Pekerjaan saya didasarkan pada pengurutan dan genomik yang telah keluar dari hal -hal seperti proyek genom manusia. Ini [genomic] Alat memungkinkan kita untuk memetakan berbagai lautan dan mengatakan spesies apa yang ada di sana, dan kemampuan metabolisme mereka.

Apa yang kami lakukan adalah dua kali. Kami memiliki isolat [a culture of microorganisms isolated for study] Dan mikroba yang kita dapatkan dari air laut di lingkungan yang berbeda. Kami membawa mereka kembali ke lab dan bereksperimen dengan mereka dalam situasi yang terkontrol untuk mencoba memahami bagaimana mereka bekerja dan bagaimana mereka menanggapi perubahan di lingkungan mereka. Kami juga melakukan pengamatan lapangan langsung dan bereksperimen pada kapal untuk mencari tahu organisme mikroba apa yang ada, apa yang mereka bisa dan bagaimana mereka berubah dalam keadaan yang berbeda. Alat yang kami gunakan disebut metagenomik Karena kita melihat banyak spesies yang berbeda sekaligus. Kami mengambil semua mikroba, menghapus DNA mereka, pijat dan melihatnya menggunakan superkomputer.

Bagaimana Anda menggunakan urutan DNA ini?

Kita dapat melihat DNA yang cocok dengan organisme yang berbeda, jadi kita bisa mengatakan siapa yang ada di sana. Saya juga dapat melihat bahwa DNA mengkode berbagai fungsi, sehingga kita dapat melihat apa yang dapat dilakukan organisme. Kami menggunakan alat yang disebut metatranscriptomics dan metaproteomics. Ketika gen dalam genom dihidupkan atau disalin ke RNA, RNA dapat membuat protein, yang pada dasarnya bekerja sel. [With these tools] Kita dapat memetakan gen mana yang dihidupkan dan gen mana yang dimatikan dalam kondisi yang berbeda dalam komponen populasi yang berbeda.

Hampir ajaib bahwa kita bisa melakukan ini. Pada awal karir saya, kami akan membawa mikroba ke dalam budaya dan dengan hati -hati mencoba melihat mungkin gen daripada genom atau protein. Sekarang kita bisa melihat 10.000 dari satu sampel!

Apa yang ada di penemuan Anda?

Kami telah mengembangkan model dengan fotosintesis nitrogen cyanobacteria [a blue-algae that uses sunlight to make nitrogen]yang memainkan peran utama dalam lingkungan sumber rendah di mana ia tinggal. Kami berpikir bahwa memprediksi aktivitasnya hanyalah interaksi dengan jaringan kimia, tetapi kami tahu bahwa aktivitas organisme juga tergantung pada organisme yang tumbuh di dalam dan di sekitarnya. Pada dasarnya, organisme ini saling berbicara dengan bahasa kimia. Memahami itu adalah waktu 'aha' utama bagi saya.

Kami juga melakukan studi kolaboratif besar untuk memahami beberapa pekerjaan yang terjadi Stasiun AlohaSekitar 200 mil dari Hawaii. Setiap hari matahari terbit dan ada denyut nadi baru karbon dioksida yang ditentukan di lautan oleh organisme fotosintesis, yang kemudian bergema melalui masyarakat. Untuk memahami apa yang terjadi sepanjang hari karena semua mikroba ini berinteraksi dengan lingkungan mereka dan satu sama lain, kami memiliki dua ilmuwan kapal yang mengambil sampel sepanjang siklus siang dan malam di wilayah tersebut selama beberapa minggu.

Di koran Itu keluar dari pekerjaan, kami dapat menunjukkan bagaimana organisme memindahkan karbon ketika ada sumber yang membatasi nitrogen. Kita dapat melihat bahwa kelompok organisme yang berbeda dibagi menjadi waktu yang berbeda dari nitrogen mereka sepanjang hari. Pengaturan karbon awal benar -sebenarnya terikat oleh matahari yang datang. Kita dapat melihat bahwa metabolisme karbon bekerja melalui berbagai organisme, dan kita melihatnya kemudian bergiliran dengan nitrogen. Mampu menyatukan dinamika karbon-nitrogen sepanjang hari benar-benar menarik dan membantu kita memahami bagaimana sistem beroperasi.

Bagaimana Anda akan menghubungkan penelitian yang sangat spesifik yang Anda lakukan dengan tujuan yang lebih besar untuk memahami cara kerja dinamika laut?

Beberapa proyek saya adalah bagian dari studi kolaboratif yang lebih besar, di mana kami memiliki semua orang dari ahli kimia yang mengukur bahan kimia di jaringan -seperti yang saya lihat siapa mereka di sana dan apa yang mereka lakukan -dan kemudian pemodel berpikir tentang bagaimana interaksi ini dapat mempengaruhi siklus karbon, dan bagaimana kita dapat memproyeksikannya ke lingkungan yang berbeda atau ke masa depan.

Dari penelitian yang telah Anda lakukan sejauh ini, apakah Anda memiliki rasa masa depan lautan?

Ketika lautan menghangat dan menjadi lebih asam, ia mengubah sumber lain. Di sinilah mencoba memahami masa depan sangat menantang, karena kami masih berusaha menyelesaikan aturan hari ini. Teman -teman saya telah memodelkan bahwa perubahan suhu akan mengalihkan dinamika komunitas dan organisme yang ada di seluruh garis lintang. Ini juga dapat mengubah cara jaringan beroperasi dengan mengubah sumber daya yang tersedia. Mikroba akan baik -tidak hanya, tetapi mereka mungkin bukan spesies yang sama atau melakukan hal yang sama seperti yang kita andalkan. Kami mencoba memahami apa itu sensitivitas dan peraturan, sehingga kami dapat mulai bertanya tentang sensitivitas aturan terhadap perubahan potensial. Semakin kita memahami aturan dasar, semakin baik kita dalam hal berpikir tentang masa depan yang berkelanjutan dan bagaimana perikanan, biologi, kimia, dan lainnya, dapat dipengaruhi.

Jaringan mikroba laut memainkan peran penting dalam bagaimana fungsi lautan, yang secara harfiah membuat planet kita dapat menempati -sianobacteria di lautan menghasilkan oksigen yang mengejar atmosfer kita. Jadi apa yang terjadi pada mikroba di laut adalah penting untuk apa yang terjadi pada planet kita.

Apakah menurut Anda cukup banyak orang mengerti betapa pentingnya laut itu?

Saya pikir penting untuk berbagi pesan itu dalam sistem pendidikan kami, dan saya pikir itu perlu dimulai pada usia yang lebih muda. Kami tidak mengajarkan ilmu laut dalam kurikulum STEM inti atau dalam standar sains negara kami. Dengan tidak menjadikannya bagian dari kurikulum, kami melewatkan kesempatan untuk berbagi pesan tentang peran penting yang dimainkan oleh lautan dan mikroba dalam pekerjaan planet kami. Saya memiliki hasrat untuk mencoba menemukan cara untuk menumbuhkannya.