Bacteriën op mariene deeltjes spelen cruciale rol in de stikstofcyclus van de oceaan

Marine sneeuw

Jarenlang hebben wetenschappers zich afgevraagd of en hoe bacteriën, die leven van opgelost organisch materiaal in het mariene water, N2-fixatie kunnen uitvoeren. Er werd aangenomen dat de hoge zuurstofniveaus, gecombineerd met de lage hoeveelheid opgelost organisch materiaal in de mariene waterkolom, de anaerobe en energie-intensievere N2-fixatie zouden verhinderen.

Al in de jaren ’80 werd gesuggereerd dat aggregaten, zogenaamde marine sneeuwdeeltjes, mogelijk geschikte plaatsen voor N2-fixatie zouden kunnen zijn, en dit is onlangs bevestigd. Toch blijft de vraag waarom de bacteriën die deze N2-fixatie uitvoeren wereldwijd in de oceaan te vinden zijn, onbeantwoord. Bovendien zijn de wereldwijde omvang en de verspreiding van deze activiteit tot nu toe onbekend gebleven.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers van het Leibniz Centrum voor Tropisch Marien Onderzoek in Duitsland, de Technische Universiteit van Denemarken en de Universiteit van Kopenhagen aangetoond, door gebruik te maken van mechanistische wiskundige modellen, dat bacteriën die aan marine sneeuwdeeltjes zijn gehecht N2 kunnen fixeren over een breed temperatuurgebied in de wereldwijde oceanen, van de tropen tot de polen en van het oppervlak tot de diepzee.

De studie toont ook aan dat de activiteit van deze bacteriën ongeveer 10% van de totale N2-fixatie in de wereldwijde oceaan vertegenwoordigt. Het onderzoek is recent gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

“Het is bijna vijf jaar geleden dat we met dit werk begonnen toen ik postdoc was aan de Universiteit van Kopenhagen,” legt eerste auteur Subhendu Chakraborty uit. “Maar het was absoluut de moeite waard, aangezien de resultaten een grote doorbraak zijn. Onze studie betwist inderdaad de lang bestaande paradigma’s dat oceanische N2-fixatie uitsluitend beperkt is tot oppervlaktewateren van de tropische en subtropische oceanen en dat cyanobacteriën de enige belangrijke diazotrofische organismen zijn.”

Met hun mechanistische modellen konden de onderzoekers ook een duidelijke latitudinale verdeling van de bacteriën die N2 op marine sneeuwdeeltjes fixeren, aantonen, met de hoogste percentages in de zuurstofminimumzones die in grote delen van de wereldwijde oceaan worden aangetroffen. Bovendien werd aangetoond dat de aan de deeltjes geassocieerde bacteriën N2 kunnen fixeren over een veel breder temperatuurgebied dan cyanobacteriën.

“De omvang van de N2-fixatie en de duidelijke verdeling van de aan de deeltjes geassocieerde activiteit in vergelijking met wat bekend is over cyanobacteriën zijn zeer interessant,” zegt Lasse Riemann, professor aan de afdeling Biologie en co-auteur van de studie. “Door N2 voornamelijk onder de oppervlaktelagen te fixeren, wordt verwacht dat de bacteriële activiteit die aan de deeltjes is gekoppeld een indirecte en vertraagde impact heeft op de mariene stikstofcyclus vergeleken met die van cyanobacteriën. Deze inzichten kunnen bijzonder belangrijk zijn bij het proberen te voorspellen van de planktonproductiviteit in de toekomstige oceaan, die wordt beïnvloed door de opwarming van de aarde.”

De onderzoekers hopen dat hun studie toekomstige onderzoeken naar microbieel leven op mariene deeltjes zal inspireren, gezien de schijnbaar cruciale rol in de cyclus van vele voedingsstoffen in de oceaan.