Embed Size (px)
Citation preview
11 dansk kemi, 88, nr. 2, 2007
MARINKEMI
De fl este forbinder først og fremmest virus med infektions-sygdomme hos mennesker og dyr, og den generelle fordom er, at virus er en organisme, man skal skynde sig at rydde af vejen, fordi den er skadelig. Men det er langt fra hele sandheden.
Virus er nemlig først og fremmest en naturlig, og meget tal-rig, medspiller i alle økosystemer på Jorden, fra skovbunden til de dybe oceaner. Langt de fl este af disse virus er uskadelige for dyr og mennesker. De slår nemlig bakterier ihjel og bidrager på den måde til at regulere stofkredsløbet i naturen.
Forskerteamet på Galathea har en hypotese om, at der frigi-ves letnedbrydeligt opløst organisk stof med et højt indhold af næringsstoffer som kvælstof og fosfor, når bakterier dræbes af virus. Dette materiale er en vigtig fødekilde for andre ikke-infi cerede bakterier, og virus bevirker dermed, at bakterierne i havet i høj grad lever af hinanden (fi gur 1).
Men når bakterier nedbryder resterne af deres virusinfi cerede kammerater, frigives overskydende næringsstoffer i form af uorganiske næringssalte som CO
2, NH
4+ og PO
42-. Kvælstof- og
forsforsaltene stimulerer produktionen af planktonalger, som er grundlaget for alt liv i havet. Hypotesen er derfor, at virus spiller en central rolle i stimuleringen af hele den mikrobielle omsætning i oceanerne og dermed den samlede produktion af organisk kulstof.
Ny viden om virus’ betydning for Jordens kulstofomsætningEt af forskningsprojekterne på Galathea-ekspeditionen går ud på at undersøge virus’ rolle i det marine økosystem – og dermed for kulstofomsætningen i havet. Foreløbige resultater tyder på, at virus spiller en langt mere betydningsfuld – og positiv – rolle end hidtil antaget
Af journalist Lone Drejet og lektor, biolog Mathias Middelboe, Marinbiologisk Laboratorium, Københavns Universitet
Kulstofproduktionen fra planktonalgerne i oceanerne udgør omkring halvdelen af klodens samlede kulstofproduktion, og kan forskerteamets teori bekræftes – og det tyder de foreløbige analyser på, at den kan – får vi en langt mere nuanceret viden om virus’ betydning for organismer og processer på Jorden.
Organisk kulstof af afgørende betydning for CO2-produktionenI oceanerne fi ndes opløst organisk stof (dissolved organic mat-ter; DOM) i meget lave koncentrationer (ca. 1 mg C l-1), men de enorme mængder af vand i havene betyder, at det er en af de største puljer af kulstof på Jorden - lige så stor som mængden af CO
2 i atmosfæren eller den samlede biomasse af levende
organismer på landjorden (fi gur 2). Det opløste organiske stof dannes og nedbrydes især af de
mindste organismer, vi kender – bakterier, planktonalger og vi-rus. Ikke de virus, som vi f.eks. kender fra infl uenza, men virus, som angriber havets bakterier.
Omkring 97% af alt organisk kulstof i havet er i opløst form, mens kulstof i levende organismer, som f.eks. fi sk, hvaler, plan-ter og bakterier, udgør under 2%. Størstedelen af DOM-puljen består af sværtnedbrydelige stoffer som f.eks. komplekse hu-musstoffer, og dannelsen af letomsættelige forbindelser er såle-des en begrænsende faktor for den samlede DOM-omsætning i havet. Derfor har selv små ændringer i koncentrationen af opløst organisk kulstof stor betydning for Jordens kulstofbalance: Ek-sempelvis vil en stigning på 1% i den årlige nettonedbrydning af opløst organisk kulstof (som omdannes til CO
2) medføre en
Bakterier
Planktonalger
Opløst organiskStof (DOM)
Højere led i fødekæden
Højere led i i fødekæden
Næringssalte
20-40 %
2-10%
10-40 %
Virus
Figur 1. Diagram over virus’ rolle i recirkuleringen af kulstof og næringssalte i havet. De grå pile indikerer transporten af kulstof, og de prikkede pile transporten af andre næringsstoffer (primært kvælstof og fosfor). 20-40% af bakteriernes produktion og 2-10% af planktonalgernes produktion tabes som opløst organisk stof (DOM) som følge af virusinfektioner i havet. Dette stof er en vigtig fødekilde for bakterierne. Det opløste celleindhold er desuden rigt på kvælstof og fosfor, som omdannes til næringssalte af bakterierne. Disse næringssalte danner grundlag for ny planktonalge-produktion, og dermed for føde til de højere led i fødekæden (f.eks. vandlopper).
Figur 2. Oversigt over fordelingen af organiske stofpuljer på Jorden (A), i havet (B) og i havets levende organismer (C).
▼
12dansk kemi, 88, nr. 2, 2007
større CO2-produktion end den samlede årlige menneskeskabte
CO2-udledning.
Ønsker vi at forstå omsætningen af kulstof på Jorden og større forståelse af, hvordan kulstofomsætningen påvirker det globale klima, er det altså afgørende at kende koncentration, sammensætning og dynamikken af opløst organisk stof i havet.
Virus påvirker den globale respirationBakterier er de eneste organismer, der kan nedbryde det oplø-ste organiske stof. Det er derfor vigtigt at forstå de processer, der regulerer bakteriernes omsætning af organisk stof i havet, herunder virus’ rolle i dannelsen af letomsætteligt orga-nisk stof, samt de konsekvenser det har for resten af havets fødekæder.
Virus er den mindste organisme i havet. Hver liter hav-vand indeholder mellem 10 og 30 milliarder viruspartikler, og det enorme antal betyder, at virus er den absolut mest talrige biologiske komponent i oceanerne (fi gur 3). På hovedet af en tændstik kan ligge en million virus. Ikke desto mindre ved vi meget lidt om, hvilken rolle virus spiller i økosystemet. Der fi ndes samlet 1030 virus i verdenshavene, og de indeholder så meget kulstof, at det svarer til kulstofi ndholdet i 75 millioner blåhvaler, som er verdens største dyr. Virus udgør dermed den næststørste biomasse i havet, kun overgået af havets bakterier.
Havets bakteriesamfund er under konstant og massiv påvirk-ning fra virusangreb. Man regner med, at virus fjerner 20-40% af den daglige produktion af bakterier, og at over halvdelen af alle bakterier til enhver tid er infi ceret af virus. De døde bakterier omdannes til letomsætteligt organisk materiale, som herefter indgår i et tæt kredsløb, hvor det igen bliver »spist« af ikke-infi cerede bakterier. Samtidig omdanner bakterierne de organiske cellerester til CO
2 og uorganiske næringssalte, der
optages af alger i havet. Det faktum har drastiske konsekvenser på alle niveauer i økosystemet.
Virussens aktivitet bevirker nemlig, at en del af det organiske
materiale genbruges fl ere gange inden for bakteriesamfundet. I den proces omdannes noget af det organiske stof ved respiration til CO
2. I sig selv er virus »døde« partikler, dvs. de har ikke
noget stofskifte og er afhængige af en værtscelle for at kunne reproducere sig. De respirerer altså ikke selv, men ved at bi-drage med letomsættelig føde til bakterierne stimulerer de hele den mikrobielle omsætning. Og følgelig den globale respiration.
Lige nu tyder alt altså på, at forskernes hypotese holder vand. Gør den det, har vi endnu en brik i billedet af, hvordan kulstof-
MARINKEMI
Figur 3. Eksempler på virus fra havvandsprøver. Billederne er taget vha. transmissions-elektronmikroskopi ved ca. 85.000 x forstørrelse. Størrelsen på viruspartiklerne varierer fra 100-500 nm.
Figur 4. Vandhenter på vej om bord på Vædderen.
Figur 5. Fra laboratoriet på Vædderen: Vandprøverne fi ltreres og prøvernes anvendelighed sikres, før de fi kseres i fi ltre, der sendes hjem til Danmark.
13 dansk kemi, 88, nr. 2, 2007
Det alsidige termometer
inkl. softwareekskl. følere, printer, kalibrering, moms og levering. Prisen ergældende til 31.12.2007.
Testo 735 termometret er høj kvalitet tilen fornuftig pris - udviklet til mangeforskellige opgaver.
Testo 735 har mange klare fordele:Med højpræcisionsføler opnås en system-nøjagtighed ned til +/-0,05ºC med en opløsning på 0,001ºC (tilbehør) Kan tilkobles 6 følere heraf 3 trådløseKan logge, gemme og dokumentere målingerKan tilkobles en bred vifte af følere
Vi tilbyder DANAK akkrediteredekalibreringer – nu også onsite
Pris 3.450,-
Virumgårdsvej 12 DK-2830 Virum Tlf.: 45 95 04 10 [email protected] www.buhl-bonsoe.dk
NYHEDdanskemenuer
MARINKEMI
kredsløbet på Jorden fungerer og reguleres. En viden, der er central for at vi kan forstå og forudsige effekter af menneskelig påvirkning af havområder, f.eks. i form af øget næringssaltud-ledning eller lokale og globale temperaturændringer.
Et nyt verdenskort under udarbejdelsePå Vædderens tur kloden rundt tager forskerteamet fra Kø-benhavns Universitet og Danmarks Miljøundersøgelser mere end 2.000 vandprøver fordelt på hele Vædderes jordomsejling (fi gur 4). Hver gang hentes prøverne op fra 5 til 15 forskel-lige vanddybder – alt fra vandoverfl aden og ned til 4.000 meters dybde. Sideløbende pumpes der konstant overfl ade-vand om bord på skibet, hvorfra der løbende udtages prøver. Dermed får forskerne basis for at lave et helt nyt verdenskort over verdenshavenes kulstofsammensætning, -omsætning og -dannelse.
Af hver tapning måles antallet og aktiviteten af virus og bak-terier i vandprøven (fi gur 5). Desuden laves en række eksperi-menter, der bl.a. er designet til at vise, hvordan virus er med til at regulere oceanernes kulstofomsætning, ud fra hvor effektive de er til at infi cere bakteriesamfundet de enkelte steder, og hvad der kontrollerer denne effektivitet, f.eks. temperatur- og iltforhold. I forbindelse med dette arbejde er ikke mindst optæl-lingsprocedure og -effektivitet afgørende.
Effektiv analysefaseOptællingerne gennemføres dels med et fl owcytometer, dels ved hjælp af avancerede mikroskoper, hvor forskerne kan se ikke
alene de enkelte viruspartikler, men også de andre organismer, der arbejdes med – bakterier og picoalger.
Med om bord har forskerteamet fl uorescensmikroskopet, Olympus BX60, som bruges til at sikre prøvernes anvendelig-hed, før de fi kseres i fi ltre, der løbende sendes hjem til Marin-biologisk Laboratorium, der står for den egentlige analyse.
Tællearbejdet er traditionelt en fl askehals, men i forbindelse med analysearbejdet gør forskerteamet brug af det hidtil mest avancerede fl uorescensmikroskop, Olympus BX61, monteret med et monokromt fl uorescenskamera og billedbehandlings-systemet Cell M (fi gur 6). Billedbehandlingen automatiserer optælling og opmåling af mikroorganismernes form og kon-centration, og systemet er desuden i stand til at foretage optæl-lingen i fl ere dimensioner. Det betyder, at man f.eks. kan tage billeder i fl ere planer, hvorefter softwareprogrammet samler det hele til ét billlede, som efterfølgende danner grundlag for optællingen.
Teknikken indebærer, at de 2.000 prøver kan analyseres 5 gange så hurtigt, som man hidtil har været i stand til, således at der foretages 50 analyser om dagen. Dermed er fl askehalspro-blemet reduceret.
Resultaterne vil komme til at indgå i fremtidige modeller af Jordens kulstofkredsløb.
Forskningsprojektet ledes bl.a. af lektor, biolog Mathias Mid-delboe fra Marinbiologisk Laboratorium under Københavns Universitet, som kan kontaktes for uddybende oplysninger.
E-mail-adresserLone Drejet: [email protected] Middelboe: [email protected]
Figur 6. Virus (små prikker) og bakterier (store partikler) fra en vandprøve farvet med DNA-farvestoffet SYBR Gold og fotograferet i et epifl uorescens-mikroskop (Olympus BX61) ved 1000 x forstørrelse.
