Ozean Mikroben Schuppen Bizarre DNA-tragenden Blobs, Studie

Winzige Meeresorganismen, die in Gedanken spielen eine entscheidende Rolle in dem Planeten Kohlenstoff und Nährstoffkreisläufe sind auf mysteriöse Weise große Mengen an Bakterien "Knospen", geladen mit Proteinen und genetischen Information in die Ozeane der Welt, laut einer neuen Studie vergießen.

Diese sogenannte Vesikel sind kugelförmige Beutel mit DNA, Kohlendioxid und Nährstoffe, die kontinuierlich produziert und veröffentlicht von Prochlorococcus, die am häufigsten vorkommende Art von Cyanobakterien, die winzigen photosynthetischen Zellen im Ozean, die Sonnenlicht und Kohlendioxid in Sauerstoff und organische Kohlenstoff umzuwandeln. Diese rätselhafte Entdeckung berichtet heute online (Jan. 9) in der Zeitschrift Science, könnte zu einem neuen Verständnis der Ozeane wie Kohlenstoff durchläuft, und möglicherweise wie genetischer Information zwischen Meeresorganismen ausgelagert wird, sagte der Forscher.

Prochlorococcus ist dominant in allen offenen Ozeane der Welt, außer in hohen Breitengraden, wo das Wasser sehr kalt ist, sagte Steve Biller, Postdoktorand am MIT in Cambridge, Massachusetts, und führen Autor der neuen Studie. Von dieser photosynthesizing Mikroben ausgeatmet Sauerstoff hilft anderen Organismen in der Meeresumwelt zu nähren. [Extreme Leben auf der Erde: 8 Bizarre Kreaturen]

"sie etwa tun 10 Prozent der alle Photosynthese auf dem Planeten, so dass sie an der Basis der Nahrungskette der Ozeane der Welt eine wichtige Rolle spielen," sagte Biller LiveScience.

Das marine Ökosystem

Biller begann diese Art von Cyanobakterien am MIT nach einer vorherigen graduate Student in seinem Labor Prochlorococcus unter einer mächtigen Elektronenmikroskop untersucht und durch das Vorhandensein von kleinen, Pickel-Typ Flecken rund um die Zellen verblüfft war zu studieren.

"Es war komplette Serendipity", sagte Co-Studienautor Sallie Chisholm, Professor für Biologie am MIT. "Jedes Mal, wenn jemand neues Labor, ich würde sagen trat,"Was denkst du, das sind?" Als Steve kam, er hatte klassischen Ausbildung in Mikrobiologie und dachte, sie könnte Vesikel."

Andere Arten von Bakterien wie E. Coli, waren zuvor bekannt, Vesikel zu produzieren, aber dies ist das erste Mal, die photosynthetische Zellen im Ozean gezeigt worden, um solche extrazellulären Strukturen produzieren Chisholm, sagte.

Die Vesikel wurden im Labor Kulturen von Cyanobakterien und in Proben von Meerwasser entnommen den nährstoffreichen Gewässern vor der Küste von Neuengland und spärlicher Nährstoff Wasser der Sargasso-See, eine Region in der Mitte der Nord-Atlantik erkannt.

Die Vesikel aus dem Meerwasser wurden gefunden, um DNA aus verschiedenen Arten von Bakterien enthalten – eine Entdeckung, die viele andere Ozean Mikroben schlägt auch möglicherweise in der Lage, Vesikel, sagte Biller. Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass die Bläschen rasch hergestellt wurden.

"Wir zeigen, dass zwei bis fünf Vesikel pro Zelle pro Generation produziert werden," sagte Chisholm. "Dies bedeutet, dass jedes Mal, wenn die Zelle in zwei teilt, es zwei bis fünf von diesen Dingen erzeugt. Wenn Sie, die globale Produktion extrapolieren, basierend auf die Wachstumsraten der Prochlorococcus in freier Wildbahn, ist es eine riesige Menge, die sie zu vergießen und Außerbetriebnahme ins Meerwasser." [50 erstaunliche Tatsachen über die Erde]

Biller schätzt, dass über eine Milliarde Milliarden (eine Milliarde Mal eine Milliarde mal 1 Milliarde) Vesikel pro Tag, Prochlorococcus allein freigibt, riesige Pools von Kohlenstoff in den offenen Ozeanen darstellt. In der Regel Bakterien wachsen, um eine bestimmte Größe und dann durch die Aufteilung in zwei oder mehr Teile zu reproduzieren – ein biologischer Prozess, bekannt als Kernspaltung. Unter geeigneten Bedingungen können Bakterien schnell, mit einigen Populationen in der Lage, in weniger als 10 Minuten zu verdoppeln aufteilen.

"Es fügt eine ganz andere Dimension auf Teile des Ozeans, die wir brauchen, um besser zu verstehen", sagte Biller. "Zum einen herauszufinden, wie Kohlenstoff durch den Ozean bewegt von einer Black Box für eine Reihe von Jahren schon. Die Idee, dass dies könnte ein neuer Mechanismus für wie ein Teil dieser Kohlenstoff bewegt ist sehr wichtig."

Ein Meer von Geheimnissen

Doch die Entdeckung wirft so viele Fragen wie es beantwortet, fügte er hinzu. Die meisten rätselhaft ist, warum Cyanobakterien Vesikel in erster Linie produzieren würde.

"Haben Sie einen Organismus würde Fristen, ein Leben in einer sehr verdünnten Umgebung, wo Nährstoffe extrem niedrig sind, warum es Dinge in der Umgebung, die das eigene Wachstum einschränken würde Leinen los?" Chisholm, sagte. "Wir finden, dass diese Bläschen müssen einige wichtige Funktion haben."

Forschung in diesem Bereich ist vorläufig, aber die Wissenschaftler haben einige interessanten Hypothesen. Da die Vesikel DNA enthalten, könnten sie zum Beispiel eine Rolle bei der Übertragung von Genen und Entwicklung genetischen Vielfalt unter den Bevölkerungen der Cyanobakterien in den Ozeanen spielen.

"sie genetische Informationen zwischen den Zellen im Ozean werden könnte,", sagte Biller. "Wir haben auch ein wenig über ihre möglichen Rollen bei der Nährstoffe innerhalb der mikrobiellen Nahrungsnetzes bewegen gesprochen. Aber das Ausmaß dieser Leistungen in die Zelle ist noch jenseits unseres Verständnisses."

Andere Ideen umfassen die Produktion von Vesikeln als Abwehrmechanismus gegen Raubtiere. Viren haben gezeigt, dass sich Vesikel, Injektion von ihrer DNA in den kugelförmigen Strukturen beimessen. Dadurch wird effektiv verhindert, dass das Virus in der Lage, in einer lebenden Zelle zu reproduzieren.

Als solche Cyanobakterien Vesikel als Köder zu verwenden, um die angreifende Viren abzuwehren bereitstellen könnten, sagte David Scanlan, Professor für marine Mikrobiologie an der University of Warwick in Großbritannien. Scanlan, wer nicht in der neuen Studie beteiligt war, aus der Feder eines begleitenden Leitartikel in der Fachzeitschrift Science über die Implikationen der Ergebnisse.

"Es wäre von diesen Vesikeln zu denken, wie Flak Chaff, die Flugzeuge als Lockvögel gegen Raketen verwenden," sagte Scanlan LiveScience.

Vorwärts bewegen

Doch es ist noch unklar, wie diese Bläschen entstehen, und insbesondere, wie sie kommen, um genetische Informationen enthalten, die in einer Zelle Kerne und Mitochondrien vorkommt.

"Wenn diese Bläschen nur von der Außenseite der Zelle angehende sind, es nicht wirklich klar sagte wie DNA hinein bekommt," Scanlan. "Es könnte sein, eine interessante und potenziell Roman, Winkel auf wie DNA und RNA zwischen Organismen verschoben werden können."

In Zellen ist RNA eine einsträngige Molekül in der Codierung, Verordnung und Expression von Genen beteiligt. Zu seinen unzähligen Funktionen arbeitet RNA als ein ein-aus-Schalter für einige Gene.

Biller und seine Kollegen wollen einige dieser Ideen zu untersuchen, aber solche winzigen Organismen zu studieren, bleibt eine Herausforderung.

"Es dauerte etwa drei Jahre bis zu diesem Punkt, und es könnte dauern, weitere fünf Jahre um herauszufinden, warum Prochlorococcus , dabei werden könnte", sagte Chisholm.

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