Мікробна петля

Мікробна петля — енергетичний потік у загальному круговороті енергії в пелагіалі, що проходить через бактерій і дрібних протистів за рахунок того, що значна частина виробленої фотосинтезуючими організмами органічної речовини переходить у розчин і знову витягується з морської води бактеріями.

Відповідно до стандартної концепції водного харчового ланцюга, на нижньому рівні знаходиться фотосинтезуючий планктон, яким харчується зоопланктон, його ж, своєю чергою, поїдають риби. Але дана концепція змінилася після того, як учені зрозуміли, що традиційна техніка взяття зразків не дозволяє виловити мікроскопічний планктон. Тепер відомо, що нано- і пікопланктон розміром від 0,2 до 20 мікрометрів (1 мікрометр — це тисячна частка міліметра) у більшості океанів є основними первинними продуцентами. Фактично мікроорганізми складають основну частину біомаси океанів^[1]. Однак вони занадто малі, щоб ними харчувався безпосередньо зоопланктон, і їх споживають спочатку найпростіші, які й служать здобиччю зоопланктону.

Виявилося також, що значна частка первинних продуцентів вмирає ще до того, як їх з'їдять, і що більша частина океанічних угруповань залежить від розчиненої у воді органічної речовини. Органічна речовина водних систем розрізняють за розміром; те, що менше 45 мікрометрів, називається розчиненою органічною речовиною (РОР). РОР утворюється трьома основними способами. По-перше, її виділяє фотосинтезуючий планктон. По-друге, зоопланктон поглинає не весь нано- і пікопланктон, рештки його утворюють РОР. Нарешті, по-третє, виявилося, що деякі віруси буквально розривають деякі бактерії зсередини й органічна речовина цих бактерій також входить до складу РОР.

РОР була б втрачена для океанічних біоценозів, якби вона не залучалася до так званої «мікробної петлі», яка діє поряд з традиційним харчовим ланцюгом. У цій мікробної петлі у вигляді РОР переробляється майже половина первинного продуцента. Спочатку РОР поглинають бактерії, яких поглинають найпростіші, якими, своєю чергою, харчується зоопланктон. У цій точці мікробна петля з'єднується з основним харчовим ланцюгом.

Деякі бактерії відбруньковують від своїх клітин бульбашки діаметром 70-100 нанометрів, які оточені ліпідною мембраною і містять різноманітні органічні речовини. Американські біологи виявили, що виробляти такі бульбашки вміють і наймасовіші фотосинтезуючі істоти на планеті — морські ціанобактерії Prochlorococcus і Synechococcus. Пухирці можуть виконувати різні функції: від видалення токсичних речовин і захисту від вірусів до міжклітинної комунікації та горизонтального переносу генів. Крім того, вони служать їжею іншим мікробам і вносять важливий внесок у потоки енергії, речовини та інформації в морських екосистемах.

Відкриття американських учених істотно доповнює уявлення про функціонування морських мікробних угруповань. Постійне виділення органіки домінуючими продуцентами у вигляді компактних, концентрованих, упакованих в мембрани порцій (на противагу її розчиненню у вкрай розведеному оліготрофному водному середовищі) повинно сильно впливати на структуру харчових ланцюгів, хімічну комунікацію і генетичний обмін між мікроскопічними мешканцями океану. Це, своєю чергою, не може не позначатися на більших організмах і загальнобіосферних круговоротах речовини та енергії.

• Azam F., Fenchel T., Field J.G., Gray J.S., Meyer-Reil L.A., Thingstad F. The ecological role of water-column microbes in the sea // Marine Ecology Progress Series. — 1983. No 10. — P. 257—263.
• Fenchel T. Marine Planktonic Food Chains // Annual Review of Ecology and Systematics. — 1988.
• Fenchel T. The microbial loop — 25 years later // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. — 2008.
• Fuhrman J.A., Azam F. Thymidine incorporation as a measure of heterotrophic bacterioplankton production in marine surface waters // Marine Biology. — 1982.
• Kerner M., Hohenberg H., Ertl S., Reckermannk M., Spitzy A. Self-organization of dissolved organic matter to micelle-like microparticles in river water // Nature. — 2003.
• Kirchman D., Sigda J., Kapuscinski R., Mitchell R. Statistical analysis of the direct count method for enumerating bacteria // Applied and Environmental Microbiology. — 1982.
• Meinhard S., Azam F. Protein content and protein synthesis rates of planktonic marine bacteria // Marine Ecology Progress Series. — 1989.
• Muenster V.U. Investigations about structure, distribution and dynamics of different organic substrates in the DOM of Lake Plusssee // Hydrobiologie. — 1985.
• Pomeroy L.R., Williams P.J., Azam F. The Microbial loop // Oceanography. — 2007. — Vol. 20, No. 2.
• Pomeroy L.R. The Ocean's Food Web. A Changing Paradigm // Bioscience. — 1974. — Vol. 24. — P. 499—504.
• Stoderegger K., Herndl G.J. Production and Release of Bacterial Capsular Material and its Subsequent Utilization by Marine Bacterioplankton // Limnology & Oceanography. — 1998.
• Taylor A.H., Joint J. Steady-state analysis of the ‘microbial loop’ in stratified systems // Marine Ecological Progress Series. — 1990.
• Van den Meersche K., Middelburg J.J., Soetaert K., Rijswijk P.V., Boschker H.T.S, Heip C.H.R. (2004) Carbon-nitrogen oupling and algal-bacterial interactions during an experimental bloom: Modeling a 13C tracer experiment // Limnology and Oceanography. — 2004.