Dybhavets mikrober får uventet energiboost

I mange år har dybhavet været betragtet som et næringsfattigt miljø, hvor de mikrober, der lever i vandet, må klare sig med meget begrænsede føde-ressourcer. Men ny forskning fra SDU udfordrer nu den opfattelse.

Et nye studie, ledet af biologer fra Biologisk Institut på SDU, viser nemlig, at næringsstoffer i dybhavet måske slet ikke er så sparsomme, som man hidtil har troet, og at mikroberne har adgang til en hidtil ukendt fødekilde, bestående af opløst organisk stof.

Studiet viser, at synkende organiske partikler – kendt som marine snow – begynder at lække opløst kulstof og kvælstof, når de når ned i 2–6 kilometers dybde. Dermed får mikroberne i det omgivende vand tilført næring. Lækagen skyldes det intense tryk i dybhavet.

Som en kæmpe saftpresser

"Trykket virker nærmest som en kæmpe saftpresser og bevirker, at opløste organiske forbindelser presses ud af de synkende partikler, og dem kan mikroberne optage med det samme", siger lektor og biolog Peter Stief, der er studiets førsteforfatter. Han er tilknyttet centrene Nordcee og Danish Center for Hadal Research på BIologisk Institut.

Forskerholdet har offentliggjort deres arbejde i artiklen “Hydrostatic pressure induces strong leakage of dissolved organic matter from ‘marine snow’ particles”, der er udkommet i tidsskriftet Science Advances (https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec5677).

Ifølge undersøgelsen kan de synkende partikler lække op til 50 pct. af deres oprindelige kulstof og 58–63 pct. af deres oprindelige kvælstof.

Sådan dannes nutidens olie og gas

Studiet har også betydning for forståelsen af det globale kulstofkredsløb. Når synkende partikler mister så store mængder kulstof, før de når havbunden, bliver der begravet mindre kulstof i dybhavets sedimenter end tidligere antaget.

I stedet forbliver det opløste kulstof i dybhavets vandsøjle, hvor det kan opholde sig i hundreder til tusinder af år, før det vender tilbage til havets overflade og atmosfæren. I dybhavssedimentet derimod kan kulstof forblive begravet i millioner af år, og over tid bliver der opbygget enorme mængder. Den olie og gas, vi udvinder i dag, er i store træk dannet på denne måde.

"Processen påvirker, hvor meget kulstof, der kan lagres i havet og hvor længe, det bliver der. Det er vigtig viden for vores forståelse af klimaprocesserne, og det kan bidrage til at forbedre fremtidige klimamodeller", siger Peter Stief.

Specialbygget tryktank

I naturen består synkende partikler af små klumper af forskelligt organisk materiale, der klistrer sammen: døde alger, mikrober og andet i vandet. Når de klumper sammen og synker, kan de ligne dalende snefnug – deraf navnet marine snow.

Til det aktuelle studie fremstillede forskerne deres eget marine snow i laboratoriet ud fra kiselalger, som naturligt klumper sammen og danner marine snow i havet. For at teste, hvor meget kulstof og kvælstof, der kan lække under tryk, anbragte forskerne deres partikler i specialdesignede tryktanke med vand. Tankene roterede konstant, så partiklerne aldrig nåede bunden, med blev holdt konstant flydende, mens trykket steg – ligesom hvis de sank kilometer efter kilometer ned i dybhavet.

Forskerne observerede, at op til halvdelen af en partikels kulstofindhold kan lækkes, mens den synker mod havbunden. Det lækkede materiale består hovedsageligt af proteiner og kulhydrater, som mikroberne i dybhavet let kan udnytte.

Næste skridt er en ekspedition til Arktis

Eksperimenterne viste også, at mikroberne reagerer hurtigt på lækket af næringsstoffer. I løbet af to dage steg mængden af mikrober 30 gange, og respirationsraten voksede markant. Det viser, at det lækkede organiske materiale udgør en hurtig og værdifuld energikilde i dybet.

Forskerne fandt ydermere, at der skete den samme slags læk, selvom de konstruerede deres marine snow af forskellige arter af kiselalger – det tyder på, at mekanismen er udbredt i havet, mener de.

Næste skridt bliver at undersøge, om man kan finde tegn på processen direkte i havet – mere præcist vil forskerne ud på havet og lede efter matchende molekylære fingeraftryk i overfladevand og dybt vand. De håber at kunne gøre dette på en kommende ekspedition til Arktis med det tyske forskningsskib Polarstern.

_{Science Advanced. Peter Stief, Jutta Niggemann, Margot Bligh, Hagen Buck-Wiese, Urban Wünsch, Michael Steinke, Jan-Hendrik Hehemann og Ronnie N. Glud: Hydrostatic pressure induces strong leakage of dissolved organic matter from “marine snow” particles.}

_{Arbejdet er støttet af Danmarks Grundforskningsfond, EU’s Horizon 2020 Research and Innovation og Danmarks Frie Forskningsfond.}