Raziskovalci z ETH Zürich in Univerze Queen Mary v Londonu so poskušali razložiti dolgoletno uganko oceanske mikrobiologije: kako bakterije, ki se hranijo z organskimi delci, sploh preživijo v odprtem oceanu, kjer so takšni delci izjemno redki. Nova študija kaže, da je ključ v nepričakovanem mehanizmu – redkih, a zelo pomembnih srečanjih z večjimi delci, ki lahko ohranijo celotne bakterijske populacije.
Ugotovitve so bile objavljene v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) in temeljijo na matematičnem modelu, ki združuje mikrobiologijo in verjetnostno analizo.
V oceanih pomembno vlogo igrajo drobni organski delci, ki jih znanstveniki pogosto imenujejo „morski sneg“. Gre za majhne kosmiče organske snovi, ki nastajajo na površju oceanov in se nato počasi potapljajo proti globinam. Med potovanjem navzdol prenašajo ogljik iz površinskih plasti v globoki ocean.
Ko se ti delci potapljajo, jih kolonizirajo bakterije, ki jih razgrajujejo. S tem vplivajo na to, koliko ogljika se vrne v obliki ogljikovega dioksida in koliko ga doseže globoke oceanske plasti.
Za bakterije, ki so odvisne od teh delcev kot vira hrane, pa odprti ocean predstavlja zahtevno okolje. Ko zapustijo en delec, lahko dolgo časa iščejo naslednjega. Prejšnje teorije, ki so temeljile na povprečnih časih srečanj, so zato napovedovale, da večina bakterij v takšnem okolju ne bi smela preživeti.
Ko povprečja ne povedo celotne zgodbe
Raziskovalna skupina je za razumevanje tega paradoksa razvila verjetnostni model, ki upošteva ne le povprečne razmere, temveč tudi redke dogodke.
Model je pokazal, da lahko občasna hitra srečanja bakterij z večjimi delci povzročijo eksplozivno razmnoževanje. Čeprav se takšni dogodki zgodijo redko, imajo nesorazmerno velik vpliv na celotno populacijo.
Avtorji ta pojav opisujejo kot „stohastično odpornost“. Gre za situacijo, ko variabilnost in naključje omogočata preživetje populacije tudi v razmerah, kjer bi povprečni izračuni napovedovali njen propad.
Rezultati kažejo, da lahko gibljive bakterije, ki se hranijo z organskimi delci, preživijo v veliko širšem delu oceanov, kot so znanstveniki domnevali doslej – tudi v odprtem oceanu in v globokih vodah.
Pomembne posledice za ogljikov cikel
Razumevanje tega procesa je pomembno tudi za širše raziskave oceanskih ekosistemov in globalnega ogljikovega cikla. Potapljajoči se organski delci so namreč temelj tako imenovane biološke ogljikove črpalke oceana, ki prenaša organske snovi iz površja v globine.
Ko bakterije razgrajujejo te delce, vplivajo na to, koliko ogljika se vrne v atmosfero kot CO₂ in koliko ga ostane shranjenega v globokem morju.
Dr. Natasha Blitvić z Univerze Queen Mary v Londonu poudarja: „Nelogično je, da lahko populacije vztrajajo, če večina posameznih iskanj hrane ne uspe. Ključ so redka, a zelo hitra srečanja z delci. Ta postanejo vidna šele, ko se odmaknemo od povprečij in uporabimo verjetnostni pristop.“
Profesor Roman Stocker z ETH Zürich dodaja, da nova študija prvič jasno povezuje vedenje posameznih bakterijskih celic z velikimi procesi v oceanih.
Raziskava kaže, da lahko redki dogodki na ravni posameznih mikroorganizmov pomembno vplivajo na procese v oceanih. Modeli, ki temeljijo izključno na povprečnih vrednostih, lahko zato podcenjujejo vlogo mikrobov pri prenosu ogljika v globoki ocean.
Z združevanjem matematike in mikrobiologije je ekipa pokazala, kako lahko verjetnostni pristopi pomagajo bolje razumeti povezavo med mikroskopskimi procesi in globalnimi spremembami v oceanu.
