Som skutočne fascinovaný interakciou medzi lúkami morských tráv a ich mikrobiálnymi spoločenstvami, ktoré žijú v ich sedimentoch. Vieme, že morské trávy sú evolučnými potomkami suchozemských rastlín. Na suchu máme dobré pochopenie toho, ako suchozemské rastliny interagujú so svojimi mikrobiálnymi spoločenstvami v ich rizosfére a ako tieto rastliny regrutujú tieto mikrobiálne spoločenstvá, aby sa stali symbiontmi. No oveľa menej sa vie alebo rozumie o tom, ako to robia morské trávy vo svetových moriach.

Pre túto výskumnú štúdiu ma zaujímalo zodpovedať tri konkrétne výskumné otázky. Prvá otázka: Aké typy metabolitov alebo malých zlúčenín morské trávy vylučujú do svojich pôd alebo sedimentov? Druhá otázka: Dokážeme spojiť tieto metabolity alebo prítomnosť týchto zlúčenín s fyziológiou samotných rastlín? Tretia otázka: Aký je ich vplyv na mikrobiálne spoločenstvá v sedimentoch?

Pochopenie toho, ako morské trávy interagujú s ich mikrobiálnymi spoločenstvami v sedimentoch, je dosť zložitou otázkou, pretože existuje mnoho rôznych interakcií medzi rôznymi mikroorganizmami a samotnými morskými trávami, ktoré by sa mohli vyskytnúť v tomto priestore. Aby sme skutočne pochopili, ako morské trávy môžu ovplyvňovať sedimentárne spoločenstvá, musíme rozumieť fyziológii tak morských tráv, ako aj mikroorganizmov samotných.

Prvýkrát som sa k tejto úlohe dostal tým, že som začal skúmať zloženie metabolitov, ktoré sa vyskytujú pod lúkami morských tráv. Aby som to dosiahol, vybral som sa do terénu a zhromaždil vzorky pórovej vody, čo je v podstate morská voda, ktorá sa nachádza medzi zrnkami piesku v sedimentoch, a uložil som ju na analýzu metabolomiky. Na začiatku tejto štúdie nebola k dispozícii dobrá metóda na meranie týchto metabolitov v morskej vode v tak nízkych objemoch vzoriek, preto som musel vyvinúť metódu, ktorá by umožnila detekovať tieto metabolity.

Po pochopení fyziológie morských tráv a toho, čo môžu vylučovať do prostredia, sme potrebovali pochopiť aj fyziológiu mikroorganizmov žijúcich v tomto prostredí. Môžeme to urobiť dvoma rôznymi prístupmi. Prvý z nich je založený na metódach sekvenovania, kde môžete zbierať DNA a RNA na metagenomické a metatranskriptomické analýzy. Keď použijete tieto prístupy, začnete získavať genómy jednotlivých baktérií alebo archeí žijúcich v týchto sedimentoch a môžete začať rozumieť, čo v skutočnosti robia v tomto prostredí.

Druhou metódou sú inkubácie, kde môžete zavádzať označené substráty do týchto inkubácií a potom sledovať vývoj alebo produkciu 13 CO₂. Týmto spôsobom získate nahliadnutie do toho, ako rýchlo mikroorganizmy využívajú označený substrát v priebehu času, čo vám poskytne pohľad na skutočnú fyziológiu prítomných mikróbov.

Keď sme začali skúmať metabolity pod týmito lúkami morských tráv na celom svete, zistili sme značné množstvo cukru, konkrétne vo forme sacharózy. Mať vysoké koncentrácie sacharózy na úrovniach mikromolov je v prostredí skutočne neobvyklé, pretože mikroorganizmy rady konzumujú cukor, ktorý je bežným doplnkom, ktorý pridávame aj do našej kávy ráno. Mikroorganizmy vo všetkých prostrediach používajú cukor vo svojom metabolizme pravidelne a rýchlo.

Aby som pochopil prítomné mikrobiálne spoločenstvá, najskôr som sa chcel dozvedieť, či je spoločenstvo pod lúkou špecifické pre samotnú lúku. Čo som zistil a preukázal, bolo, že mikroorganizmy pod lúkou sú odlišné od tých, čo sa vyskytujú mimo nej. Majú gény potrebné na využitie sacharózy v ich metabolizme. Zaujímavé je však to, že pri pohľade na prepisy alebo expresiu týchto génov zistíme, že tieto gény neexprimujú, teda nevytvárajú proteíny potrebné na rozklad sacharózy v ich metabolizme.

Aby sme pochopili tento rozpor medzi tým, čo vidíme v genómoch a v expresii týchto génov, môžeme použiť naše sedimentárne inkubačné experimenty na testovanie, či existujú špecifické podmienky, za ktorých mikroorganizmy môžu využívať sacharózu v porovnaní s podmienkami, ktoré vidíme na lúke, kde vieme, že sacharózu nevyužívajú. Čo som dokázal preukázať počas inkubácií, je, že pri oxických podmienkach a pridaní morskej vody zistíme, že mikroorganismy skutočne majú schopnosť využívať sacharózu vo svojom metabolizme. No keď odstránime tento kyslík a pridáme inhibičné zlúčeniny, ktoré tiež meriame na lúkach, zistíme, že mikrobiálne komunity už túto schopnosť nemajú.

V súhrne, spájaním prítomnosti sacharózy na lúkach, fyziológie rastlín a biochemických podmienok, vidíme, že sa sacharóza akumuluje v priebehu času, a preto môžeme merať také vysoké koncentrácie v prostredí.

Morské trávy sú dôležitými ekosystémami svetových oceánov. Aj keď pokrývajú len 0,1 % povrchovej plochy oceánu, sú zodpovedné za 10 % pochovávania organického uhlíka v morských systémoch. To znamená, že majú disproporčnú schopnosť pochovávať uhlík po dlhé časové obdobia. Zvyčajne to robia pochovávaním cez svoje tkanivá, ale aj ukladaním organického uhlíka do prostredia alebo do sedimentov.

Na základe suchozemských systémov vieme, že mikrobiálne spoločenstvá hrajú kľúčovú úlohu pri pochovávaní uhlíka na súši. Potrebujeme tiež vedieť, ako tieto komunity hrajú túto dôležitú úlohu v oceánoch, konkrétne v súvislosti s morskými trávami. Naša práca prináša svetlo na tieto procesy tým, že opisuje, ako morské trávy interagujú s mikrobiálnymi spoločenstvami, ktoré sú prítomné v sedimentoch. Poskytuje dôležité pochopenie toho, ako sa tieto interakcie vyvíjajú a ako pretrvávajú v priebehu času.

Úžasné na tejto štúdii je, že otvorila mnoho rôznych perspektív výskumu, ktoré som naozaj nadšený skúmať. Existujú však tri otázky, na ktoré sa chcem zamerať. Prvou je: Aké iné typy zlúčenín tieto morské trávy vylučujú do ich prostredia? Druhou otázkou je: Ako tieto zlúčeniny interagujú s mikrobiálnymi spoločenstvami? Vylučujú iné typy metabolitov okrem sacharózy a prilákajú tieto metabolity iné typy mikroorganizmov, ktoré by mohli prospievať fyziológii morských tráv? Treťou otázkou je: Ako zmeny klimatických podmienok ovplyvňujú tieto vzťahy? Ako vidíme zmeny vo využití pôdy, ktoré vedú k eutrofikácii prostredia alebo zmenám v klimatických zmenách, aký je ich vplyv na interakciu morských tráv a ich mikrobiálnych spoločenstiev? A čo to znamená pre zdravie týchto ekosystémov?