Forskningsprojekt Undersökning av de molekylära drivkrafter som är nödvändiga för att etablera N2-fixerande kiselalger med cyanobakterier/bakteriella symbioser
Hur uppstår livsviktiga samarbeten mellan organismer i havet? Det här projektet undersöker hur mikroalger och kvävefixerande bakterier etablerar symbioser som förser marina ekosystem med nytt kväve och spelar en central roll för havens produktivitet.
En närbild av ett av havets små men viktiga samarbeten. Mikroalgen Chaetoceros (röd) lever tillsammans med bakterien Richelia (gul), som förser algen med kväve, ett näringsämne som är avgörande för tillväxt. Bild: Rachel Foster
I näringsfattiga havsområden är symbioser mellan mikroalger och kvävefixerande bakterier avgörande för att tillföra biologiskt tillgängligt kväve till ekosystemet. Trots deras betydelse vet forskare fortfarande lite om hur dessa partnerskap uppstår och fungerar. Genom att studera nyligen isolerade symbioser mellan mikroalger och bakterier undersöker projektet de kemiska signaler och den kommunikation som gör det möjligt för organismerna att etablera och upprätthålla samarbeten. Resultaten kommer att bidra till ökad förståelse av marina näringskretslopp, symbiosers evolution och livet i havet.
När två eller fler organismer lever tillsammans i ett nära samarbete kallas det symbios. Sådana partnerskap är vanliga i naturen, särskilt i miljöer där tillgången till näringsämnen är begränsad. Några av de mest fascinerande och minst förstådda symbioserna finns i havets näringsfattiga ytskikt, där encelliga mikroalger, så kallat fytoplankton, lever tillsammans med olika typer av bakterier.
Särskilt viktiga är symbioser mellan mikroalger och kvävefixerande bakterier. Genom kvävefixering omvandlar bakterierna atmosfärisk kvävgas till ammonium, en form av kväve som organismer kan använda för tillväxt. De kvävefixerande symbionterna fungerar därför som naturliga gödningsleverantörer till sina värdar och bidrar samtidigt med nytt kväve till de omgivande marina ekosystemen.
Symbioser har också haft en avgörande betydelse för livets evolution. Flera viktiga strukturer i dagens celler, såsom plastider för fotosyntes och mitokondrier för respiration, har sitt ursprung i gamla symbiotiska samarbeten. Även den nyligen upptäckta nitroplasten, en kvävefixerande organell, tros ha uppkommit på detta sätt.
Trots den stora betydelsen av kvävefixerande symbioser är kunskapen om hur dessa partnerskap bildas och fungerar fortfarande begränsad. De flesta planktoniska symbioser har varit svåra att odla stabilt i laboratoriemiljö, vilket har försvårat studier av hur värd och symbiont kommunicerar, vilka kemiska signaler som styr deras samspel och hur resurser delas eller konkurreras om mellan organismerna.
Projektet syftar till att förstå hur symbiotiska relationer mellan mikroalger och bakterier etableras. Genom att använda två nyligen isolerade kvävefixerande mikroalg-bakteriesymbioser tillsammans med avancerade analysmetoder kommer forskningen att undersöka den kemiska kommunikation och signalering som gör det möjligt för dessa partnerskap att uppstå och bestå. Resultaten förväntas ge ny kunskap om samspelet mellan organismer i havet, om marina näringskretslopp och om de evolutionära processer som ligger bakom etableringen av komplexa symbioser.