Mikrobernas dolda värld
Mikroberna har inte bara bott på jorden längst, de har också hittat sätt att överleva i alla jordens ekosystem. Men trots att mikrober utgör ungefär sjuttio procent av havets biomassa har deras värld länge varit osynlig för oss. Nu kartlägger forskare vid Göteborgs universitet och Linnéuniversitetet mikrobernas dolda värld, för att förstå rollen de spelar för att upprätthålla, och kanske förbättra, havets hälsa. Dessa mikroskopiskt små organismer spelar med stor sannolikhet en viktig roll för ett hållbart Östersjön.
Mikrober finns överallt. I våra tarmar, i jorden, i atmosfären och långt ner i djuphavet där man länge trodde att inte ingenting kunde leva. Dessa små encelliga organismer, som inte kan ses med blotta ögat, kan vara bakterier, växt- och djurplankton, virus, jäst- och mögelsvampar. Mikroberna är de organismer som bott på jorden längst, i över tre miljarder år, och de har hittat sätt att överleva i alla jordens ekosystem. Mikrober utgör ungefär sjuttio procent av havets biomassa, men deras undervattensvärld har länge varit outforskad. Samtidigt utspelar sig dagliga dramer under havsytan. Här blir till exempel hälften av alla mikrober mördade av virus eller uppätna varje dag, medan andra konkurrerar, men också samarbetar, för att kunna överleva.
Komplex näringsväv
Energiflödet i havet bygger på växtplanktons fotosyntes, som använder solljusets energi till att omvandla koldioxid och vatten till kolhydrater och andra organiska molekyler. Den del av processen som sker i havet genererar även hälften av syret vi andas. En stor andel av de bildade organiska molekylerna läcker kontinuerligt ut i vattnet och utgör energi och näring åt ett rikt samhälle av bakterier. Dessa bakterier behöver, till skillnad från fotosyntetiserande växtplankton, konsumera organiska ämnen för att få energi och byggstenar. Bakterierna blir i sin tur föda åt större mikrober. Tillsammans med virus, växtplankton och djurplankton bildar de en komplex näringsväv som förändras över tid och rum. Denna dynamik var okänd fram tills helt nyligen. Nu ger nya instrument, och framför allt möjligheten att billigt och effektivt analysera DNA från olika miljöer, möjligheter för marina mikrobiologer att undersöka den biologiska mångfalden och de ekologiska roller som mikrober i havet spelar.
UNIK FORSKNING VID LMO-STATIONEN
Vid Linnaeus Microbial Observatory (LMO), utanför Ölands kust i Östersjön, undersöker bland andra Carina Bunse och Jarone Pinhassi förekomsten och det ekologiska samspelet mellan olika mikrober - särskilt växtplankton, bakterier, virus och djurplankton.
LMO är det första svenska havsbaserade observatoriet för långtidsövervakning av det marina bakteriesamhällets biologiska mångfald. Det är en mötesplats för forskare med olika inriktning och forskningsfrågor. Sedan 2011 har över 35 personer jobbat med insamling av prover, analyser i labb och datahantering. Sammanlagt har det gett mängder av biologisk information som sträcker sig över lång tid.
LMO-station i Östersjön. Foto: Carina Bunse
Mikrober och klimatet
Genom vårt arbete söker vi nu svar på hur Östersjöns mikrober påverkas av miljöförändringar. Det finns fortfarande bara ett fåtal studier över hur mikrober påverkas av klimatförändringar, och ännu färre långa tidsserier. Med hjälp av tidsserieanalyser, där forskare tar regelbundna prover på havsvatten, helst över flera decennier, har exempelvis studier från Hawaii påvisat den globalt pågående havsförsurningen orsakad av ökande koldioxidhalter i atmosfären. Motsvarande kunskap om hur mikrober anpassar sig till förändrade levnadsförhållanden är ännu i sin linda. Med tanke på att den mikrobiella världen utgör en hörnpelare för det marina ekosystemet måste vi förstå hur mikrober påverkas av och bidrar till klimatförändringar.
Årstider under ytan
Vi vet hur årstiderna påverkar växter i vår trädgård, att vissa växter blommar under våren medan andra blommar senare under året. Även under havsytan är växtplankton och andra mikrober påverkade av årstiderna. Under våren, när ljus och temperatur ökar, växer växtplankton, oftast kiselalger eller dinoflagellater, snabbt genom att dra nytta av den näring som samlats i ytvattnet under vintern. Tillväxten av växtplankton leder till ökade halter av lättillgängligt organiskt material som heterotrofa bakterier kan utnyttja, vilket leder till att även dessa frodas. Vissa grupper av heterotrofa bakterier, som till exempel flavobakterier, har en extra god förmåga att bryta ned organiskt material. Deras ökning är därför starkt kopplad till vårens växtplankton. Under sommaren, då växtplankton domineras av cyanobakterier, gynnas andra grupper av heterotrofa bakterier.
Vår forskning visar att stora delar av det marina mikrobsamhället förändras som svar på de starka årstidsväxlingarna i Östersjön. Vi ser stora skillnader i hur olika arter av mikrober uppträder över säsonger; från arter med väldigt korta toppar i antal över några dagar eller veckor till arter med höga antal över flera månader. Vad som fascinerar oss är att oavsett ”blomningstid" så återkommer de flesta mikrober från år till år och vid ungefär samma tid på året. Genom att vi filtrerar havsvatten genom olika filterstorlekar kan vi också skilja mikrober som lever fastsittande på partiklar från de som växer fritt i vattnet. Vi har upptäckt att bakterier på partiklar uppvisar andra beteenden vad gäller hur de svarar på förändringar i näringstillgång och temperatur jämfört med bakterier som lever fritt. Alla visar dock tydliga skillnader i antal och aktivitet över olika årstider.
Precis som annat i naturen så varierar bakteriesamhällena under året. Illustration: Carina Bunse
Mikrobernas dolda värld
Något vi vill uppnå med vår forskning är tillräcklig kunskap om mikrobiella samhällen för att kunna inkludera dem i de modeller som används för att förutsäga hur klimatförändringar kommer att förändra havets produktivitet och hälsa. Exempelvis känner vi nu till att vissa bakterier kan bidra till ett större näringsflöde till fotosyntetiserande växtplankton. Vissa bakterier är också viktiga producenter av vitaminer, nödvändiga för fisk och fågel. Omfattande provtagning, som den vid LMO, är en förutsättning för att förstå och tolka hur förändringar i miljön påverkar mikrobernas funktion i ekosystemet. Möjligheten att förstå rollerna olika mikrober spelar för att upprätthålla, och kanske förbättra, havets hälsa är en stark motivation för oss att fortsätta kartläggningen av deras dolda undervattensvärld. Kanske kan kunskapen om mikroberna vara en hittills outnyttjad resurs för att långsiktigt och hållbart förvalta Östersjön och andra hav.