บนเรือวิจัย RV Investigator ของออสเตรเลีย เราล่องเรือเป็นเวลา 63 วันจากขอบน้ำแข็งของแอนตาร์กติกาไปยังเส้นศูนย์สูตรที่อบอุ่นในแปซิฟิกใต้ และเก็บตัวอย่างน้ำได้ 387 ตัวอย่าง
เป้าหมายของพวกเรา? เพื่อพิจารณาว่ารหัสพันธุกรรมของจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันหลายพันชนิดสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความหลากหลายในการทำงานของมหาสมุทรได้อย่างไร ซึ่งเป็นช่วงของงานที่ดำเนินการโดยแบคทีเรียในมหาสมุทร
งานวิจัยของเราเผยแพร่เมื่อวานนี้ใน Nature Communications
มันแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียสามารถช่วยเราวัดการเปลี่ยนแปลงในการผลิตพลังงานที่ฐานของใยอาหารได้อย่างไร ผลลัพธ์เหล่านี้มีความสำคัญเนื่องจากเน้นถึงโอกาสใหม่ในการใช้ข้อมูลทางพันธุกรรมสำหรับการประเมินระบบนิเวศขนาดใหญ่ในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่แตกต่างกัน
ในแง่ของสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของเรา ข้อมูลประเภทนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากจะช่วยให้เราสามารถคลายความซับซ้อนของธรรมชาติทีละขั้นตอนได้ ท้ายที่สุดแล้ว สิ่งนี้จะช่วยเราลดแรงกดดันจากมนุษย์ในการปกป้องและฟื้นฟูระบบนิเวศทางทะเลอันมีค่าของเรา
เช่นเดียวกับการเชื่อมโยงที่เพิ่งเกิดขึ้นระหว่างสุขภาพของมนุษย์และไมโครไบโอม ของมนุษย์ (“พืชในลำไส้”) สุขภาพของมหาสมุทรส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยแบคทีเรียที่อาศัยอยู่
แต่บทบาทของแบคทีเรียมีมากกว่าการผลิตออกซิเจน แบคทีเรียรักษา ฉีด และควบคุมการไหลของพลังงาน สารอาหาร และสารอินทรีย์ในมหาสมุทรของเรา พวกมันให้พลังงานและอาหารสำหรับใยอาหารทางทะเลทั้งหมด ตั้งแต่ครัสเตเชียนตัวเล็กๆ ไปจนถึงตัวอ่อนของปลา วาฬ และปลาที่เรากินเข้าไป
จุลินทรีย์เหล่านี้ยังมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรชีวธรณีเคมีจำนวนมาก (วัฏจักรคาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส กำมะถัน และเหล็ก เป็นต้น) ดังนั้น สิ่งสำคัญคือต้องวัดปริมาณงานต่างๆ ของพวกเขา และทำความเข้าใจว่าแบคทีเรียชนิดต่างๆ และหน้าที่ของพวกมันตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมอย่างไร
การรวมข้อมูลยีนของแบคทีเรียเพื่อวัดสถานะของมหาสมุทร
หมายความว่าเราสามารถพยายามเติมเต็มช่องว่างความรู้ที่สำคัญเกี่ยวกับความหลากหลายของแบคทีเรียที่ส่งผลกระทบต่องานต่างๆ ของพวกมัน สมมติฐานข้อหนึ่งคือ ความหลากหลายของแบคทีเรียที่มากขึ้นนำไปสู่ความยืดหยุ่นที่ดีขึ้นในระบบนิเวศหรือไม่ ทำให้มันทนต่อผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้หรือไม่
ในบทความของเรา เราได้ตอบคำถามพื้นฐานในสาขานิเวศวิทยาของจุลินทรีย์ในทะเลทั่วโลก: อะไรคือความสัมพันธ์ระหว่างเอกลักษณ์ของแบคทีเรียและหน้าที่? อีกอย่างใครทำอะไร
สิ่งที่เราพบ
เราแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะเชื่อมโยงรหัสพันธุกรรมของแบคทีเรียในทะเลกับหน้าที่และภารกิจต่างๆ ที่พวกเขาดำเนินการ และเพื่อวัดปริมาณว่าหน้าที่เหล่านี้เปลี่ยนจากแอนตาร์กติกาไปยังเส้นศูนย์สูตรได้อย่างไร
หน้าที่ที่เปลี่ยนไปรวมถึงการรับคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศ การเจริญเติบโตของแบคทีเรีย กลยุทธ์ในการรับมือกับสารอาหารที่มีอยู่อย่างจำกัด และการสลายสารอินทรีย์
เพิ่มเติม: สิ่งมีชีวิตใต้ทะเลกำลังหนีจากเส้นศูนย์สูตรไปสู่น่านน้ำที่เย็นกว่า ประวัติศาสตร์บอกเราว่าสิ่งนี้อาจก่อให้เกิดเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่
การค้นพบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ “แนวหน้าด้านสมุทรศาสตร์” สามารถทำหน้าที่เป็นขอบเขตภายในมหาสมุทรที่ดูเหมือนเป็นเนื้อเดียวกัน ส่งผลให้เกิดการรวมตัวของแบคทีเรียที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวซึ่งมีหน้าที่เฉพาะ แนวหน้าทางสมุทรศาสตร์เป็นมวลน้ำที่แตกต่างกันซึ่งกำหนดโดยตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของอุณหภูมิและความเค็ม ที่ซึ่งน้ำมาบรรจบกันจะมีความปั่นป่วนสูง
การเปลี่ยนแปลงที่เราบันทึกไว้ในการผลิตพลังงานทั่วแนวรบกึ่งเขตร้อน ซึ่งแยกน้ำที่เย็นกว่าออกจากมหาสมุทรทางใต้จากน้ำอุ่นในเขตร้อน เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนว่าแนวมหาสมุทรมีอิทธิพลต่อการทำงานของแบคทีเรียในมหาสมุทรอย่างไร
ดังนั้น ความหลากหลายเชิงหน้าที่ของแบคทีเรียจึงสามารถนำมาใช้วัดว่าการเจริญเติบโตของมนุษย์และการขยายตัวของเมืองส่งผลกระทบต่อพื้นที่ชายฝั่งทะเลและปากแม่น้ำอย่างไร
ตัวอย่างเช่น เราสามารถวัดรอยเท้าทางสิ่งแวดล้อมของคอกเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำได้แม่นยำและเป็นองค์รวมมากขึ้น ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าส่งผลต่อคุณภาพน้ำโดยการเพิ่มความเข้มข้นของสารอาหาร เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส ซึ่งเป็นองค์ประกอบโปรดทั้งหมดที่แบคทีเรียใช้
