Model: lepki „śnieg morski” może nieść do głębin ponad sześć razy więcej węgla
Bardziej lepki „śnieg morski” dłużej opiera się rozkładowi przez bakterie. Na podstawie doświadczeń laboratoryjnych i symulacji badacze szacują, że może dostarczać do głębin ponad sześć razy więcej węgla niż mniej lepkie cząstki.
Badanie zespołu ze Scripps Institution of Oceanography przy Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego oraz Uniwersytetu w Lincoln ukazało się 8 października w „Science”. Naukowcy przyjrzeli się temu, jak fizyczna budowa opadającej materii wpływa na dostęp bakterii do jej wnętrza. Wyniki relacjonuje ScienceDaily na podstawie materiałów uczelni z San Diego.
Trwalsze cząstki w laboratoryjnych próbach
Śnieg morski nie składa się z lodu. To opadające skupiska śluzu, odchodów zwierząt, mułu i szczątków organizmów, w tym mikroskopijnego planktonu. Poszczególne cząstki mają różne proporcje składników organicznych i nieorganicznych, a przez to odmienną strukturę i konsystencję. Jedną z tych różnic jest lepkość, związana z gęstą, kleistą konsystencją materiału.
Bakterie żywią się śniegiem morskim już podczas jego opadania, dlatego jego trwałość wpływa na to, ile węgla dociera do głębin. W doświadczeniach laboratoryjnych cząstki o większej lepkości dłużej opierały się dwóm procesom: rozkładowi materii przez drobnoustroje oraz fragmentacji, czyli rozpadowi większej grudki na mniejsze części.
Lepkie wnętrze pod mikroskopem
Dostęp do materiału nie był jednakowy w całej cząstce. Bakterie chętniej zasiedlały mniej lepkie obszary przy powierzchni; bardziej lepkie wnętrze mogły penetrować dopiero po rozłożeniu materiału. Badacze zobaczyli tę zależność, łącząc obraz struktury śluzu z obserwacją ruchu i interakcji żywych drobnoustrojów. Umożliwiła to mikroskopia konfokalna 3D ze specjalnie zaprojektowanymi cząsteczkami fluorescencyjnymi, które uwidaczniały szczegóły materiału.
Przestrzenną rekonstrukcję uzyskiwano z obrazów rejestrowanych na różnych głębokościach próbki. Ujawniła ona wypukłości, zagłębienia i inne elementy struktury śluzu mniejsze od bakterii — otoczenie drobnoustrojów nie było zatem jednolitą masą. Bryce Inman i współpracownicy, w tym mikrobiolog Farooq Azam, opracowali działającą technikę w 2025 roku, po czterech latach prac.
Dlaczego liczy się przetrwanie w drodze
Ponad sześć razy więcej węgla w głębinach — taką przewagę śniegu morskiego o dużej lepkości nad mniej lepkimi cząstkami zespół oszacował, łącząc doświadczenia z symulacjami komputerowymi. W modelu bardziej lepki materiał mógł dotrzeć głębiej, zanim się rozpadł. Liczba ta opisuje zatem przewidywaną różnicę między materiałami, a nie zaobserwowaną zmianę w całym oceanie.
Skalę zjawiska pokazują szacunki przywołane w opisie badania: śnieg morski wyprowadza z wód powierzchniowych ponad 10 gigaton węgla rocznie, czyli ponad 10 miliardów ton. Do głębokości, na których możliwe jest jego długotrwałe przechowywanie, dociera tylko około 2 gigaton. Te wartości dotyczą masy węgla, nie masy dwutlenku węgla.
To właśnie głębokość ma znaczenie dla czasu odizolowania węgla od atmosfery: w głębokich wodach może on pozostać przez setki, a nawet tysiące lat. Opadanie cząstek jest więc częścią naturalnego obiegu tego pierwiastka między atmosferą, oceanami, lądem i organizmami. Z tej perspektywy liczy się nie tylko to, ile materiału opuszcza wody powierzchniowe, ale też ile przetrwa drogę. Badanie lepkości dotyczy tego drugiego etapu.
Co jeszcze można zobaczyć w śluzie
Metodę obrazowania przedstawiono w towarzyszącej publikacji w „Nature Communications”. Jej wartość polega na połączeniu dwóch obserwacji, które wcześniej trudno było zestawić bezpośrednio: ruchu żywych bakterii i fizycznej struktury ich otoczenia. Widać nie tylko obecność drobnoustrojów, lecz także miejsca, w których budowa śluzu ułatwia im dostęp do materii albo go utrudnia.
Według badaczy takie podejście może pomóc także w poznawaniu innych środowisk, w których bakterie spotykają się ze śluzem. Podobne zależności są istotne m.in. dla raf koralowych, systemów korzeniowych roślin i układów pokarmowych zwierząt. Autorzy wskazują wśród możliwych zastosowań badanie procesów związanych z odbudową uszkodzonych raf. Punktem wyjścia jest już nie obraz śluzu jako jednorodnej substancji, lecz przestrzennego środowiska, którego struktura wpływa na zachowanie bakterii.
