Revolucionarno istraživanje objavljeno u prestižnom časopisu Science donosi nam dublji uvid u to kako morske struje, poznate kao globalna prevrtajuća cirkulacija, igraju ključnu ulogu u oblikovanju raznolikosti i funkcije mikrobnog života diljem južnog Tihog oceana. Ova studija, koju su predvodili znanstvenici s uglednih institucija poput J. Craig Venter Institute (JCVI), Scripps Institution of Oceanography pri UC San Diego i University of California Berkeley, predstavlja najdetaljniju genetičku kartu do sada, koja otkriva kako su mikrobske zajednice strukturirane fizičkim kretanjem oceanske vode.

Dubine oceana i utjecaj struja

Vjetrovi i oluje utječu na ocean samo do dubine od otprilike 500 metara (1.640 stopa), što je tek osmina ukupne oceanske dubine od 4.000 metara (13.125 stopa), objašnjava glavna autorica studije Bethany Kolody, koja je diplomirala oceanografiju na Scripps institutu, a trenutno je postdoktorska istraživačica na Calu. Ispod 500 metara površine, struje su pogonjene razlikama u temperaturi i slanosti vode, što utječe na njezinu gustoću, stvarajući globalnu prevrtajuću cirkulaciju. Ova cirkulacija djeluje poput transportne trake, prenoseći vodu – i mikrobe unutar nje – preko ogromnih udaljenosti i dubina.

"Do sada je bilo nejasno jesu li ove vodene mase ujedno i zasebni mikrobski ekosustavi," izjavila je Kolody. "Sada možemo s punim uvjerenjem odgovoriti na to pitanje s 'da'."

Istraživački tim prikupio je preko 300 uzoraka vode duž transsekta od Uskršnjeg otoka u južnom Tihom oceanu do Antarktike, obuhvaćajući cijelu dubinu oceana. Koristeći napredne metagenomske i metabarcoding tehnike, rekonstruirali su genome za više od 300 mikroba i identificirali desetke tisuća dodatnih mikrobnih vrsta pomoću tehnike molekularnog "otisaka prsta" koja proučava visoko konzervirane gene – gen 16S rRNA za prokariote (koji uključuje bakterije i arheje) i gen 18S rRNA za eukariote.

Njihova otkrića otkrila su upečatljiv obrazac: mikrobska raznolikost naglo raste na oko 300 metara (1.000 stopa) ispod površine oceana u zoni koju nazivaju "prokariotska filoklina". Ovaj sloj, sličan piknoklini (zoni brze promjene gustoće), označava prijelaz iz površinskih voda niske raznolikosti u bogate mikrobske zajednice dubokog mora.

---

Šest mikrobnih kohorti i funkcionalne zone

Studija, objavljena 10. srpnja 2025., identificirala je šest različitih mikrobnih "kohorti", od kojih tri odgovaraju dubinama, a ostale tri usklađene su s glavnim vodenim masama: Antarktičkom pridnenom vodom (Antarctic Bottom Water), Gornjom cirkumpolarnom dubokom vodom (Upper Circumpolar Deep Water) i drevnom Tihookeanskom dubokom vodom (Ancient Pacific Deep Water). Svaka kohorta sadrži jedinstvene mikrobske vrste i funkcionalne gene, oblikovane temperaturom, tlakom, razinama hranjivih tvari i starošću vode.

Na primjer, kohorta Antarktičke pridnene vode uključuje mikrobe prilagođene hladnim okolišima visokog tlaka, s genima koji pomažu u održavanju fluidnosti membrane i otpornosti na oksidativni stres. Nasuprot tome, kohorta drevne vode – pronađena u sporo cirkulirajućoj vodi koja nije vidjela površinu tisuću ili više godina – ugošćuje mikrobe s genima koji omogućuju život u okolišima s niskim udjelom kisika i razgradnju složenih, niskoenergetskih spojeva ugljika.

Osim taksonomije, istraživači su također kartirali funkcionalni potencijal mikrobnih zajednica. Identificirali su deset "funkcionalnih zona" na temelju prisutnosti ključnih metaboličkih gena. Ove zone odgovaraju oceanografskim značajkama poput područja izdizanja vode (upwelling), gradijenata hranjivih tvari i zona minimalnog kisika.

Površinske zone bile su bogate genima za fotosintezu, asimilaciju željeza i fotoprotekciju – osobine bitne za život u gornjem, suncem obasjanom dijelu oceana. Dublje zone sadržavale su gene za razgradnju složenih organskih molekula, preživljavanje u uvjetima niskog kisika i podnošenje okolišnog stresa.

---

Ključna uloga mikroba u Zemljinom ciklusu ugljika

Mikrobi su pokretači oceanskog ciklusa ugljika. Oni pretvaraju ugljikov dioksid u organske spojeve (fiksacija ugljika), recikliraju hranjive tvari i pomažu u zarobljavanju ugljika u dubokom moru (sekvestracija ugljika). Razumijevanje kako su njihove zajednice strukturirane oceanskom cirkulacijom ključno je za predviđanje kako bi klimatske promjene mogle promijeniti te procese.

"Studija pruža osnovu za to kako su mikrobski ekosustavi organizirani pod trenutnim oceanskim uvjetima," rekao je Andrew Allen, stariji autor studije i mikrobni oceanograf na JCVI i Scripps Oceanography. "Kako klimatske promjene utječu na globalnu prevrtajuću cirkulaciju, distribucija i funkcija ovih mikrobnih zajednica mogle bi se promijeniti, s nepoznatim posljedicama za globalni ciklus ugljika."

Uparujući genomske podatke s fizičkim i kemijskim mjerenjima, znanstvenici mogu izgraditi globalni, vrstama riješeni atlas oceanskog života – što je od suštinske važnosti za razumijevanje i zaštitu najvećeg ekosustava na planetu.

"Ova studija je podsjetnik da je život u oceanskim ekosustavima, djelomično, vođen temeljnim obrascima i procesima koji su nam nepoznati," dodao je Allen. "Vidjeti ih i razumjeti zahtijeva da ih ispitamo osjetljivije, pažljivije i temeljitije. Proboji prijavljeni u ovoj studiji rezultat su uistinu interdisciplinarnog napora koji uključuje fizičke oceanografe, biološke oceanografe i genomske biologe koji su vrlo usko surađivali. Agencije, poput National Science Foundation, koje podržavaju temeljna interdisciplinarna ekološka istraživanja u znanostima o životu i zemlji, i dalje su bitne za našu sposobnost razumijevanja čimbenika koji kontroliraju distribuciju, raznolikost, metabolizam i evoluciju organizama u prirodi."

Autori se zalažu za uključivanje molekularnog uzorkovanja u globalne programe praćenja oceana poput GO-SHIP.

Osim Andrewa Allena, istraživači sa Scripps Oceanography koji su sudjelovali u studiji uključuju Zoltána Füssyja, Sarah Purkey i Erica Allena.

Cjelovita studija, "Overturning circulation structures the microbial functional seascape of the South Pacific," objavljena je u časopisu Science. Ovo istraživanje podržale su organizacije National Science Foundation, Simons Foundation, National Institutes of Health, Emerson Collective, Gordon and Betty Moore Foundation i Chan Zuckerberg Initiative.

Izvor: University of California