Prochlorococcus is een groep cyanobacteriën die in warme ecosystemen massaal voorkomt. Voorheen dachten wetenschappers dat de groep het hierdoor niet zo moeilijk zou hebben met de klimaatverandering. Inmiddels komen ze daar van terug. Uit een nieuw onderzoek blijkt dat de groep een strakke warmtegrens heeft van ongeveer 28°C. Op het moment dat het water verder opwarmt groeit de groep aanzienlijk minder hard.
Prochlorococcus is de één van de meest voorkomende fotosynthetiserende microbegroepen in de oceaan: naar schatting draagt deze groep zo’n 5 procent bij aan de wereldwijde fotosynthese. De groep komt voor in meer dan 75 procent van alle oppervlaktewateren en vormt zo de basis van talloze voedselketens – van minuscule grazers tot aan grote zeezoogdieren. Omdat Prochlorococcus het goed doen in tropische wateren verwachtten onderzoekers dat verdere opwarming de groep in de kaart zou spelen.
De nieuwe studie schetst een ander beeld: de microbegroep groeit optimaal tussen ongeveer 19°C en 28°C; daarboven stort de groeisnelheid in tot ongeveer een derde van het tempo gemeten bij 19°C. Klimaatmodellen geven aan dat subtropische en tropische oppervlaktetemperaturen die drempel in de komende 75 jaar mogelijk kunnen overschrijden. Bij gematigde opwarming zou de productiviteit van Prochlorococcus in de tropen met circa 17 procent afnemen. In het geval van ernstigere scenario’s zou dit zelfs met 51 procent af kunnen nemen. Bioloog François Ribalet heeft meegewerkt aan het onderzoek. Volgens Ribalet is het waarschijnlijk dat het leefgebied hierdoor op zal schuiven richting de polen. De groep zal waarschijnlijk niet verdwijnen, maar zal wel schaarser worden in de warmste klimaten. De resultaten van het onderzoek zijn te vinden in Nature Microbiology.
Laser
Om te achterhalen hoe temperatuur de groei precies stuurt voer het team van Ribalet het afgelopen decennium bijna honderd onderzoekstochten uit. Over een route van ruim 241.000 kilometer analyseerden ze ruwweg 800 miljard cellen ter grootte van Prochlorococcus. Met een SeaFlow-cytometer schoten ze een laser door binnenstromend zeewater en bepaalden zo in real-time celtype en -grootte. Op basis daarvan bouwden ze een statistisch model om groeisnelheden op zee te volgen, zonder de microben te verstoren. Door eerst verschillen in voedingsstoffen en zonlicht uit te sluiten bleef temperatuurverschil als hoofdoorzaak over.
De ecologische context maakt de uitkomst extra relevant. Volgens Ribalet is het water in tropische gebieden vaak smetteloos blauw omdat er weinig in drijft. Voedingsstoffen komen normaliter door menging vanuit de diepte omhoog, maar in warm water verloopt die aanvoer traag. Juist in zulke arme omstandigheden hebben Prochlorococcus een winnende strategie ontwikkeld: extreem klein, zuinig en genetisch gestroomlijnd. Over miljoenen jaren raakten ze genen kwijt die niet strikt noodzakelijk waren – inclusief delen van de stressrespons. Volgens Ribalet ligt hier ook de oorzaak van het (nieuwe) probleem: de “burn-outtemperatuur” is daardoor lager dan verwacht. Eerdere modellen veronderstelden dat de cellen hard zouden blijven delen, maar nu blijkt dat daar simpelweg de moleculaire machinerie voor ontbreekt.
Concurrentie
In tropische en subtropische wateren domineert naast Prochlorococcus ook de verwante cyanobacteriegroep Synechococcus. Deze kan beter tegen warmte, maar heeft meer voedingsstoffen nodig. Mogelijk kunnen Synechococcus voor een deel de rol van Prochlorococcus opvullen, maar volgens het team zou zo’n vervanging mogelijk verregaande gevolgen kunnen hebben. “Als Synechococcus het overnemen is het niet vanzelfsprekend dat andere organismen daar op dezelfde manier mee kunnen omgaan als met Prochlorococcus,” zegt Ribalet. Veranderingen aan de basis van het voedselweb kunnen doorwerken tot hoog in de keten, met mogelijke gevolgen voor de lokale voedselproductie.
De wetenschappers hebben echter nog wel hoop voor Prochlorococcus. Zo is het mogelijk dat er nog onontdekte Prochlorococcus bestaan die warmtetoleranter zijn. “Dit is de meest eenvoudige verklaring voor de data die we nu hebben,” aldus Ribalet. “Als er bewijs opduikt voor warmtetolerantere stammen juichen we die ontdekking toe. Dat zou hoop bieden voor deze belangrijke organismen.”
