Havets hud - och dess små invånare
Vid havsytan, precis där vattnet kommer i kontakt med luften, uppstår en hudliknande ytfilm. I denna ytfilm, som är lika tunn som ett pappersark, trivs speciella bakterier och virus. Ytfilmen och dess små invånare fyller viktiga funktioner, som att förse kretsloppet med kol och att påverka utbytet av gaser mellan luft och hav.
Att titta på havsytan en vindstilla dag är inte bara en avslappnande aktivitet. Det är också det bästa tillfället att studera när havsytans ytfilm bildas. Den tunna filmen bildas av ytspänningen när vatten kommer i kontakt med luft, och fenomenet förekommer i både havsvatten och sötvatten. Detta tunna skikt utgör hem för bland annat bakterier, alger och virus.
Organismer som bor i ytfilmen kallas ”neuston”, en term som introducerades av svensken Einar Naumann 1917. Senare har forskarna även gjort skillnad mellan olika typer av neuston, till exempel virioneuston (virus) och bakterioneuston (bakterier). Foto: Janina Rahlff.
En instabil miljö
Men ytfilmen är en extrem livsmiljö. Dels på grund av den instabilitet som orsakas av vind och vågor. I havet kan ytfilmen kvarstå vid vindhastigheter på över 6 m/s. Vid hårdare vindar bryts ytfilmen men kan sedan snabbt etablera sig igen. Dels är livsmiljön hård på grund av den intensiva solstrålning som träffar havsytan. Många av ytans mikroorganismer har som strategi att fästa sig vid kringflytande partiklar, inte bara för att äta, utan även för att få skydd mot solens strålar. Bakterier trivs vanligtvis bra i ytfilmen på grund av allt organiskt material som samlas där. Alger trivs däremot ofta sämre på grund av den intensiva solstrålningen.
Forskare provtar ytfilm i centrala Arktis. Foto: Hans-Jørgen Hansen/MacArtney Underwater Technology.
PROVTAGNING AV YTFILMEN
En vanligt förekommande metod för att ta prov på ytfilmen är att sänka en glasplatta under ytan. Ytfilmen är vattenavvisande till sin natur och fäster därför vid glasytan. När plattan har tagits upp ur vattnet används en skrapa liknande den som används för att rengöra ett fönster för att torka av och samla upp vattnet från plattan. Eftersom odling av bakterier i ett laboratorium endast fungerar på en liten del av alla bakterier i ett prov, så kompletteras provtagningen ofta med DNA-sekvensering som påvisar alla enskilda organismer som finns representerade.
Ytfilmen som dörrvakt
Havets ytfilm och dess invånare spelar en viktig roll för klimatet. Man uppskattar att havet absorberar cirka 25 procent av den koldioxid som människan släpper ut. Fotosyntetiserande alger och cyanobakterier binder koldioxid från atmosfären, vilket resulterar i att kol lagras i havet. Det sker även hela tiden ett utbyte av gaser vid havsytan, där koldioxid i luften omvandlas till kolsyra i vattnet. Det upptaget kan påverkas av ytfilmens egenskaper.
I ytfilmen finns ofta ytaktiva ämnen som aminosyror, lipider samt komplexa polymera material. Dessa ämnen produceras ofta av bakterier och växtplankton, och de har hydrofoba och hydrofila egenskaper. Det innebär att de inrättar sig vid gränsytan mellan luft och vatten och förstärker ytfilmen. Höga halter av ytaktiva ämnen kan hindra gasutbytet mellan hav och atmosfär.
Virus orsakar massdöd
I ytfilmen förekommer även virus som infekterar bakterier och alger. Dessa virus, som uppehåller sig i gränsen mellan luft och hav, kan lätt bli luftburna och spridas till avlägsna områden. Det kan leda till att områden plötsligt drabbas av massdöd, där bakterier och alger förstörs och deras cellinnehåll läcker ut i vattnet, bland annat ytaktiva ämnen.
Forskningen kring dessa virus är än så länge begränsad. En viktig fråga är om virusinfektion kan störa gasutbytet mellan hav och luft, och om detta sker genom direkt påverkan då koldioxidfixerande organismer dödas eller indirekt genom de ytaktiva ämnen som frigörs när cellerna dör.
Elektronmikroskopbild av två virus med typiska huvud- och svansstrukturer som har isolerats från ytfilmen i ett område med bleke. Dessa virus infekterar bakterier. Foto: Oliver Bayfield, University of York.
Hjälpsamma virus
En annan fråga är om virus i ytfilmen är lytiska, det vill säga om de direkt replikerar sig och dödar sin värd. Eller är de lysogena, vilket innebär att de först integreras i värdorganismens arvsmassa och inrättar ett fredligt uthålligt tillstånd tills förutsättningarna ändras, för att då bli lytiska. Vissa virus kan till och med ”hjälpa” sin värdorganism att överleva genom att överföra nyttiga gener, till exempel gener som underlättar fotosyntesen, vilket i slutänden skapar bättre förutsättningar för viruset själv att föröka sig.
En god tillgång på värdar brukar gynna lytiska virus. Samtidigt brukar hårda miljöförhållanden gynna lysogena virus. I ytfilmen råder både god tillgång på värdar och hårda miljöförhållanden, men det är ännu oklart vilken av de båda strategierna som gynnas.
I havets ytfilm hittar man bland annat bakterier, alger och virus. I områden där extra stark ytfilm bildats, så kallade ”surface slicks”, skiljer sig bakteriesamhällets sammansättning från vad man finner i den omgivande ytfilmen. Illustration: Janina Rahlff.
Starka band på havsytan
Under vissa förutsättningar kan ett speciellt fenomen som kallas ”surface slick” bildas på havsytan. Dessa områden kan ses med blotta ögat som tydligt spegelblanka ytor, i folkmun ”bleke”, på ett annars småvågigt hav. Det sker när ytaktiva ämnen når höga koncentrationer i ett område och ytfilmen blir så stark att den även dämpar havets vågrörelser. Dessa områden med extra stark ytfilm kan i vissa fall täcka upp till 80 procent av havsytan. Bakteriesamhällets bakteriesamhällets sammansättning i dessa avgränsade blekeområden skiljer sig från sammansättningen i den omgivande ytfilmen.
Två flaskor med vattenprover, den vänstra från vanlig ytfilm och den högra från ytfilm i ett område med bleke. Foto: Janina Rahlff.
Östersjön och Arktis
Vår forskning fokuserar för närvarande på interaktioner mellan virus och bakterier i blekeområden och ytfilm från Östersjön och centrala Arktis. Vi har sett att områden med bleke gynnar vissa virus. De här virusen infekterar framför allt de rikligt förekommande bakterierna som sitter på det organiska materialet och partiklar i ytskiktet. I de prover vi har tagit från Arktis vill vi även ta reda på mer om de gener som virus överför till bakterier för att hjälpa dem att klara av de arktiska förhållandena. Med hjälp av våra resultat hoppas vi att kunna klarlägga livsvillkoren vid ytfilmen och dess betydelse för utbytet av gaser mellan havet och atmosfären.