نمای جدید از فیتوپلانکتون اقیانوسی

فیتوپلانکتون‌ها جنگل‌های دریا را تشکیل می‌دهند و مسئول تأمین تقریباً نیمی از اکسیژنی هستند که حیات روی زمین از جمله خود ما را حفظ می‌کند. با این حال، بر خلاف همتایان خود در خشکی، گیاهان دریایی تقریباً به طور انحصاری از نظر اندازه میکروسکوپی هستند و عمدتاً از دید انسان دور هستند. در نتیجه، ما هنوز در مراحل اولیه درک حتی ابتدایی‌ترین جنبه‌های زیست‌شناسی و بوم‌شناسی فیتوپلانکتون هستیم.

در مقاله جدیدی که در Nature منتشر شده است، یک تیم بین المللی از دانشمندان، از جمله دو اقیانوس شناس میکروبی دانشگاه هاوایی در مانوآ (UHM)، یک استراتژی جدید برای رشد فیتوپلانکتون ها در زیستگاه های وسیع فقیر از مواد مغذی استوایی و نیمه گرمسیری توصیف می کنند. دریاهااین تیم تحقیقاتی توسط بنجامین ون موی از موسسه اقیانوس شناسی Woods Hole در کیپ کاد، MA، با مشارکت های کلیدی توسط دانشمندان UHM مایکل راپه و دیوید کارل از دانشکده علوم و فناوری اقیانوس و زمین (SOEST) و مرکز جدید UH برای اقیانوس شناسی میکروبی (C-MORE).

تاکنون تصور می شد که همه سلول ها توسط غشاهایی احاطه شده اند که حاوی مولکول هایی به نام فسفولیپیدها هستند - ترکیبات روغنی حاوی فسفر و همچنین سایر عناصر اساسی از جمله کربن و نیتروژن. این فسفولیپیدها برای ساختار و عملکرد سلول بنیادی هستند و به همین دلیل تصور می شد جزء ضروری زندگی هستند. فسفولیپیدها یکی از چندین دسته مولکول‌هایی هستند که حاوی عنصر فسفر هستند که نشان داده شده است در بسیاری از اکوسیستم‌های دریایی بسیار کم است. اعماق دریا حاوی فسفر فراوان است، اما تحویل به آب‌های سطحی که در آن فتوسنتز انجام می‌شود، به دلیل طبقه‌بندی ناشی از دما و ناتوانی در مخلوط کردن اقیانوس تا اعماق جایی که فسفر در دسترس است، محدود می‌شود.در واقع، تحقیقات انجام شده در ایستگاه ALOHA در نزدیکی هاوایی در طول دو دهه گذشته نشان داده است که فسفر به سرعت در مناطق طبقه‌بندی شده اقیانوس آرام شمالی کمتر می‌شود، که احتمالاً نتیجه تغییرات زیستگاه دریایی به دلیل گرم شدن گازهای گلخانه‌ای است.

Van Mooy و همکارانش کشف کردند که فیتوپلانکتون در اقیانوس باز ممکن است با ایجاد یک تغییر اساسی در ساختار سلولی خود با سطوح پایین فسفر سازگار شود. به‌نظر می‌رسد این گیاهان به‌جای سنتز فسفولیپیدهای نیاز به فسفر برای استفاده در غشاهای خود، از «لیپیدهای جایگزین» غیر حاوی فسفر استفاده می‌کنند که از عنصر تقریباً نامحدود گوگرد نیز در آب دریا به جای فسفر استفاده می‌کنند. این سولفولیپیدهای جایگزین ظاهراً به گیاهان اجازه می دهند تا به رشد و بقای خود در شرایط استرس فسفر ادامه دهند، که یک استراتژی منحصر به فرد برای زندگی در دریا است.

برای آزمایش کلیت این استراتژی بیوشیمیایی، نویسندگان پاسخ جوامع فیتوپلانکتون را در حوضه های مختلف اقیانوسی که سطوح مختلفی از استرس فسفر را تجربه می کنند، مقایسه کردند.در مناطقی که تنش فسفر شدید است، مانند منطقه ای که دریای سارگاسو در مرکز اقیانوس اطلس شمالی نامیده می شود، فسفولیپیدها تقریباً وجود نداشتند. در مقایسه، در اقیانوس آرام جنوبی، جایی که فسفر کافی وجود دارد، مقادیر زیادی فسفولیپید وجود داشت. منطقه اطراف هاوایی متوسط بود، که با مجموعه داده های بلندمدت برنامه سری زمانی اقیانوس هاوایی که نشان می دهد فسفر هنوز قابل اندازه گیری است اما با سرعت هشدار دهنده ای از آب های سطحی ناپدید می شود، سازگار است.

یک پیش‌بینی از این مطالعه اولیه این است که فیتوپلانکتون‌های موجود در آب‌های هاوایی احتمالاً در طول زمان با کاهش بیشتر ذخایر فسفر بیشتر شبیه به آن‌هایی در دریای سارگاسو خواهند شد. تا به امروز، توانایی سنتز لیپیدهای جایگزین به نظر می رسد به فیتوپلانکتون محدود شده است. باکتری‌های هتروتروف و سایر ارگانیسم‌ها باید استراتژی متفاوتی برای بقا داشته باشند یا اصلاً راهبردی نداشته باشند. این پیامدهایی برای ساختار آینده، تنوع زیستی و عملکرد اکوسیستم های دریایی هاوایی، از جمله تولید ماهی و ترسیب طولانی مدت دی اکسید کربن دارد.