CN-SEO

Highlight

• Lamont-Doherty dan peneliti Woods Hole telah mengidentifikasinya molekul kecil yang sebelumnya tidak terdeteksi dilepaskan oleh fitoplankton yang membantu memberi daya pada mikroba di bagian atas laut.
• Senyawa ini dapat berkontribusi hingga 23% karbon organik terlarut yang dilepaskan oleh fitoplankton, menekankan peran penting mereka dalam siklus karbon laut.
• Pelepasan spesies fitoplankton yang berbeda campuran bahan kimia yang berbeda, membantu membentuk bakteri yang tumbuh subur di berbagai belahan lautan.
• Identifikasi “mata uang kimia” ini. dapat meningkatkan model bagaimana mikroba laut memindahkan karbon melalui lautan dan merespons perubahan seperti pemanasan dan pengasaman.

Artikel ini diadaptasi dari siaran pers oleh Lembaga Oseanografi Woods Hole.

A studi barudipimpin oleh para peneliti di Universitas Columbia dan Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), mengidentifikasi beragam molekul yang dilepaskan oleh fitoplankton laut yang menjadi bahan bakar kehidupan mikroba dan membantu mendorong siklus karbon bumi. Meskipun para ilmuwan mengetahui bahwa karbon berpindah melalui jaringan fitoplankton dan mikroba lain yang tidak terlihat di permukaan laut, senyawa spesifiknya telah lama menjadi misteri. Senyawa ini berukuran kecil, secara kimiawi sulit dideteksi dalam air laut yang asin, dan dengan cepat dikonsumsi oleh organisme lain begitu diproduksi.

Fitoplankton, sejenis organisme mikroskopis, menyerap karbon dioksida dan mengubahnya menjadi karbon organik melalui fotosintesis, seperti halnya tumbuhan. Setiap tahun, proses ini memindahkan puluhan miliar ton karbon melalui permukaan laut yang diterangi matahari dan berkontribusi terhadap oksigen di udara yang kita hirup. Fluks karbon alami yang besar ini menyoroti peran penting permukaan laut dalam mengatur siklus karbon bumi.

“Untuk penelitian ini, kami menempatkan enam spesies fitoplankton yang mewakili kelompok utama fitoplankton laut dalam kondisi terkendali. Mereka memiliki nutrisi dan cahaya yang dibutuhkan untuk tumbuh,” ujarnya. Yuting Zhusalah satu penulis utama studi ini dan mantan peneliti pascadoktoral WHOI, sekarang di Old Dominion University. “Dengan menggunakan metode penandaan kimia yang dikembangkan di WHOI, kami dapat mengukur komposisi molekul kecil yang tersedia secara biologis yang dihasilkan oleh mikroorganisme yang melimpah di seluruh dunia.”

Senyawa ini menyumbang hingga 23% karbon organik terlarut yang dilepaskan oleh fitoplankton dan mungkin mendukung sebagian besar metabolisme mikroba di lautan global.

Namun, sebagian besar bakteri adalah spesialis metabolisme, atau pemetik makanan. Penelitian telah menemukan bahwa spesies fitoplankton yang berbeda melepaskan kombinasi metabolit yang berbeda, termasuk senyawa karbon yang juga mengandung nitrogen, fosfor, dan belerang. Karena bakteri mempunyai molekul yang berbeda-beda yang dapat mereka makan, “menu” kimiawi yang dihasilkan oleh fitoplankton membantu menentukan komunitas mikroba mana yang tumbuh subur di berbagai belahan lautan.

“Penemuan ini membantu menjelaskan misteri lama tentang komposisi ‘mata uang kimia’ yang dimobilisasi oleh mikroba di permukaan laut,” kata ahli kelautan mikroba. Sonya Dyhrmanseorang peneliti di Lamont-Doherty Earth Observatory, yang merupakan bagian dari Columbia School of Climate, dan seorang profesor ilmu bumi dan lingkungan. “Saya menganggapnya sebagai ekonomi karbon mikroba. Dengan mengidentifikasi mata uang yang dihasilkan oleh fitoplankton, para ilmuwan dapat mulai membangun gambaran yang lebih realistis tentang bagaimana komunitas mikroba laut mendaurkan miliaran ton karbon.”

Untuk mengeksplorasi implikasi yang lebih luas, tim tersebut, yang juga termasuk peneliti dari Massachusetts Institute of Technology dan Marine Biological Laboratory, menggabungkan pengukuran laboratorium dengan pemodelan ekosistem global. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa metabolit yang berasal dari fitoplankton dapat memasok hingga 5 persen kebutuhan karbon harian SAR11, salah satu kelompok bakteri paling melimpah di permukaan laut.

“Menggabungkan pendekatan ekologi dan kimia di sini memungkinkan kita untuk melihat sistem melalui lensa baru,” kata salah satu penulis utama Hana Andersonseorang peneliti di Lamont dan kandidat PhD di bidang ilmu bumi dan lingkungan di Columbia. “Pikirkan secara sintetik tentang bagaimana substrat karbon ini dapat memediasi interaksi antara fitoplankton dan heterotrof, yang pada gilirannya mendaur ulang karbon ini dalam jaring makanan laut.”

Penelitian ini dilakukan sebagai bagian dari hibah National Science Foundation Pusat Mata Uang Kimia Planet Mikrobasebuah pusat sains dan teknologi yang menyelidiki bagaimana molekul kecil mengatur interaksi antar mikroorganisme di seluruh ekosistem bumi.

“Memahami pertukaran ini penting karena sebagian besar siklus karbon bumi melewati sistem mikroba ini, namun kita masih belum sepenuhnya memahaminya,” kata direktur pusat dan salah satu penulis studi tersebut, ilmuwan senior WHOI Elizabeth Kujawinski. “Jika kita memahami molekul yang dikeluarkan oleh fitoplankton dan molekul yang dapat diserap oleh bakteri, kita dapat mulai membuat model tentang bagaimana organisme ini berinteraksi. Kita menganggap permukaan laut sebagai sebuah jaringan, tempat fitoplankton dan bakteri dihubungkan oleh molekul—beberapa senyawa memberi makan banyak bakteri yang berbeda, sementara yang lain hanya mendukung beberapa bakteri.”

Penelitian di masa depan akan menyelidiki bagaimana kondisi lingkungan seperti keterbatasan nutrisi, perubahan suhu dan pengasaman laut mengubah molekul yang dilepaskan oleh fitoplankton dan bagaimana komunitas mikroba merespons “mata uang kimia” tersebut.