Eutrofizacja vs bakterie photoheterotroficzne

Życie jest zielone, zarówno na lądzie, jaki i w morzu. Turkusowy kolor wody w tropikach wynika z niskiej żyzności i niewielkiej ilości organizmów w nich występujących, podczas gdy zielone wody Bałtyku tętnią życiem. Gdyż w morzach życie to mikroorganizmy.

dr hab. Katarzyna Piwosz, prof. MIR-PIB, fot. Łukasz Bera

Mikroorganizmy, czyli bakterie, archeony oraz protisty (jednokomórkowe organizmy eukariotyczne, takie jak glony i pierwotniaki) stanowią 70-90% biomasy w morzu. Przeprowadzają one kluczowe procesy w obiegu materii i przepływie energii, bez których życie byłoby niemożliwe, np. bakterie diazotroficzne wiążą azot atmosferyczny. Inną ciekawą grupą są bakterie fotoheterotroficzne. Korzystają one z energii słońca, ale potrzebują też materii organicznej do wzrostu, gdyż, w przeciwieństwie do fotoautotrofów, nie wiążą dwutlenku węgla. W świecie bakterii pełnią rolę samochodów hybrydowych. I podobnie jak w świecie samochodów, są dwa główne typy bakterii fotoheterotroficznych: jedne zawierają bakteriorodopsynę, barwnik występujący również w naszych oczach, drugie – tlenowe fototroficzne bakterie anoksygenowe (aerobic anoksygenic phototrophic bacteria – AAP) – mają fotosystemy oparte na bakteriochlorofilu, podobne do tych występujących u roślin. W naszym projekcie zajmujemy się tą drugą grupą, gdyż dzięki swojej wysokiej aktywności i dużej biomasie są one istotnym składnikiem ekosystemów wodnych.

Odkrycie bakterii AAP w wodach powierzchniowych oceanów na początku tysiąclecia obaliło paradygmat, że bakterie morskie są wyłącznie heterotroficzne. Początkowo założono, że wspomagają się one energią słoneczną, by przetrwać niekorzystne warunki braku pożywienia, jakie często występują daleko od lądu. Lecz dalsze badania wykazały pozytywną zależność pomiędzy liczebnością bakterii AAP a żyznością wód. W naszych badaniach na jeziorach odkryliśmy, że dodatkowa energia ze światła pomaga im w konkurencji z bakteriami heterotroficznymi właśnie wtedy, gdy jedzenia jest dużo (Piwosz et al., 2024, Villena-Alemany et al., 2024). Udowodniliśmy również kluczową rolę tych bakterii w obiegu węgla, wykazując, że dzięki fotoheterotrofii jego wydajność wzrasta o około 15% (Piwosz et al., 2022). Te wyniki zainspirowały nas to badań nad wpływem eutrofizacji na te procesy.

dr hab. Katarzyna Piwosz, prof. MIR-PIB, fot. Łukasz Bera Eutrofizacja, czyli przeżyźnienie zbiorowisk wodnych, jest narastającym problemem zarówno w jeziorach, jak i w Morzu Bałtyckim. Nadmierny napływ biogenów, czyli nieorganicznych związków azotu i fosforu, sprzyja rozwojowi fitoplanktonu (czyli glonów i sinic), który w przypadkach ekstremalnych tworzy zakwity zabarwiające wodę na intensywnie zielony kolor. Rozkład tej ogromnej biomasy przyczynia się do powstawiania beztlenowych obszarów. W ten sposób eutrofizacja zmienia sposób funkcjonowania ekosystemów wodnych na mniej korzystny dla człowieka, którego działalność jest główną przyczyną eutrofizacji. Celem naszego projektu, realizowanego we współpracy z naukowcami z Niemiec i Czech, jest zbadanie wpływu eutrofizacji na bioróżnorodność i aktywność bakterii AAP. Przewidujemy, że wraz żyznością środowiska będzie się zmieniał skład ich zbiorowisk, a znaczenie fotoheterotrofii w obiegu węgla, będzie wzrastać. Dzięki temu zużycie tlenu podczas rozkładu zakwitów może maleć, przyczyniając się do wolniejszego rozwoju stref beztlenowych. Może mieć to duże znaczenie np. w Bałtyku, gdzie dotychczas jedyne badania dotyczące bakterii AAP przeprowadzono ponad 20 lat temu (Masin et al., 2006).