Ein von Rutgers geleitetes Team von Wissenschaftlern, das die Virus-Wirt-Wechselwirkungen einer weltweit häufig vorkommenden, gepanzerten Meeresalge, Emiliania huxleyi, untersucht, hat herausgefunden, dass die kreisförmigen Kreideplatten, die die Algen produzieren, als Katalysatoren für Virusinfektionen wirken können, die weitreichende Folgen haben Billionen mikroskopisch kleiner Meereslebewesen und der globale Kohlenstoffkreislauf.
„In einem Tropfen Meerwasser befinden sich etwa 1.000 bis 10.000 E. huxleyi-Zellen und etwa 10 Millionen Viren“, sagte Kay Bidle, Professor am Department of Marine and Coastal Sciences der Rutgers School of Environmental and Biological Sciences (SEBS). ) und ein leitender Autor der Studie. „Sie befinden sich alle in einer Art Wettrüsten gegeneinander und wir untersuchen es, um zu sehen, wie es sich auswirkt und den Kohlenstoffkreislauf der Erde beeinflusst.“
Berichterstattung Wissenschaftliche Fortschrittesagten die Forscher, sie hätten durch Beobachtungen sowohl im Ozean als auch im Labor entdeckt, dass die Kalkplatten (Kalziumkarbonat), Coccolithen genannt, ein bisher nicht erkannter zentraler Akteur bei Virusinfektionen sind, die Phytoplanktonblüten von der Größe einiger Länder im Inneren zum Einsturz bringen können Wochen.
„Coccolithen können als Katalysatoren für den Tod wirken, indem sie Viren für eine erfolgreiche Infektion direkt an Algenzellen abgeben“, sagte Christopher Johns, Doktorand in der Abteilung für Meeres- und Küstenwissenschaften an der SEBS und Hauptautor der Studie.
E. huxleyi ist eine einzellige Phytoplanktonart, die wie Bäume Photosynthese betreibt. Beim Phytoplankton wandeln sie im Meerwasser gelöstes Kohlendioxid in organische Verbindungen um und produzieren gleichzeitig Sauerstoff.
„Das Phytoplankton in den Ozeanen trägt etwa die Hälfte zum Sauerstoff der Erde bei, die andere Hälfte kommt von Landpflanzen“, sagte Bidle. „Jeder zweite Atemzug, den du machst, stammt von Phytoplankton.“
E. huxleyi ist bekannt für seine Fähigkeit, Calciumcarbonat ähnlich wie Korallen zu biomineralisieren, indem es Coccolithen produziert, die sich auf der Zelloberfläche zu einer Panzerschicht anordnen. Diese Coccolithen werden produziert und dann in einem kontinuierlichen Kreislauf in das umgebende Meerwasser abgegeben.
Laut Bidle ist die Funktion dieser Coccolithen seit Jahren kaum verstanden. Die Forscher glaubten, dass die Kreiderüstung zum Teil existierte, um das Phytoplankton vor einer Infektion durch Viren zu schützen. Und die weggeworfenen, freien Coccolithen wurden allgemein als passiv treibende Planktonpartikel mit geringer biologischer oder ökologischer Rolle angesehen.
Aber in Experimenten, die in Labors auf dem Cook-Campus der Rutgers University-New Brunswick durchgeführt wurden, beobachteten Johns und andere Teammitglieder, dass die ausgestoßenen Coccolithen ihren Weg zurück zu den E. huxleyi-Zellen finden, sich wieder anheften und gleichzeitig virale Partikel transportieren können. Infektion erleichtern. Diese Fähigkeit, Infektionen zu verbreiten und zu katalysieren, ist eine unerwartete Rolle der Coccolithen mit wichtigen potenziellen Folgen für das Ökosystem.
Die Entdeckung hat auch eine wichtige Verbindung zum Klimawandel und dem Kohlenstoffkreislauf der Erde, sagte Bidle. Infizierte E. huxleyi-Zellen produzieren einen klebrigen Klebstoff, der dabei helfen kann, Partikel zu sogenanntem „Meeresschnee“ zu aggregieren. Wenn Meeresschnee in die Tiefsee absinkt, trägt er dazu bei, Kohlenstoff zu binden und zu vergraben und ihn für Jahrhunderte bis Jahrtausende aus der Atmosphäre zu entfernen. Coccolithen sind in diesem Prozess wichtig, weil sie schwerer als Meerwasser sind und dazu beitragen, dass Partikel immer schneller in die Tiefsee sinken.
Durch die Unterstützung des Absterbens des Phytoplanktons sowie der Bildung und des Absinkens von Meeresschnee können die Coccolith-Biomineralien letztendlich einen positiven Einfluss auf die Entfernung von Kohlendioxid aus dem oberen Ozean und der Atmosphäre haben, sagte Bidle.
„Dies bedeutet, dass die Coccolithen den Prozess der Sequestrierung oder des Absinkens von Kohlenstoff in die Tiefsee für Tausende von Jahren erleichtern, was sie zu wichtigen Akteuren beim Ausgleich des Kohlenstoffkreislaufs der Erde macht“, sagte Bidle.
Mehr Informationen:
Christopher T. Johns et al., Adsorptiver Austausch von Coccolith-Biomineralien erleichtert Virusinfektion, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adc8728