Прозрачные частицы экзополимера

Прозрачные экзополимерные частицы (ТЭП) представляют собой внеклеточные кислые полисахариды, вырабатываемые фитопланктоном и бактериями в соленой, пресной и сточной воде. Они невероятно многочисленны и играют важную роль в биогеохимическом круговороте углерода и других элементов в воде. Благодаря этому они также играют роль в структуре пищевых сетей и трофических уровней. Было замечено, что производство и общая концентрация TEP выше в Тихом океане по сравнению с Атлантикой и в большей степени связаны с солнечной радиацией в Тихом океане. Было обнаружено, что концентрация TEP уменьшается с глубиной, причем самая высокая концентрация наблюдается на поверхности, особенно в связи с SML, либо за счет восходящего потока, либо за счет продукции на поверхности моря. Было обнаружено, что хлорофилл а является лучшим индикатором концентрации ТЭП, а не гетеротрофной численности пастбищ, что еще раз подчеркивает роль фитопланктона в производстве ТЭП. Концентрация TEP особенно увеличивается из-за доминирования фитопланктона гаптофитов, воздействия солнечной радиации и непосредственной близости к морскому льду. TEP также, похоже, не показывают никаких циклов diel. Высокие концентрации ТЭП на поверхности океана замедляют погружение скоплений твердых частиц, продлевая время пребывания в пелагиали. ТЭП могут обеспечивать восходящий поток таких материалов, как бактерии, фитопланктон, углерод и микроэлементы. Под арктическим морским льдом были обнаружены высокие концентрации ТЭП, вероятно, выделяемые симпагическими водорослями. ТЭП эффективно перерабатывается в океане, поскольку гетеротрофные травоядные, такие как зоопланктон и протисты, потребляют ТЭП и производят новые предшественники ТЭП для повторного использования, что еще больше подчеркивает важность ТЭП в морском углеродном цикле. Численность TEP, как правило, выше в прибрежных мелководьях по сравнению с более глубокими океаническими водами. Колонии фитопланктона с преобладанием диатомей производят более крупные и липкие TEP, что может указывать на то, что распределение и состав TEP по размерам могут быть полезным инструментом для определения совокупной структуры планктонного сообщества.

ТЭП образуются в результате отшелушивания слизи на поверхности клеток, распада бактериальных колоний и предшественников, выделяемых растущим или стареющим фитопланктоном. Предшественники ТЭП могут быть фибриллярными, образующими более крупные коллоиды или агрегации, и в течение часов или дней после выхода из клетки полностью формируются прозрачные экзополимерные частицы. В то время как большинство экзополимерных веществ варьируются от рыхлой слизи до плотных оболочек, окружающих клетки, ТЭП существуют в виде отдельных частиц, что позволяет им агрегироваться и собираться путем фильтрации. Они очень липкие, образуют скопления твердых частиц, известные как морской снег, и фактически связаны со всеми морскими скоплениями, исследованными до сих пор. TEP имеют высокое соотношение C:N по сравнению с соотношением Редфилда, что указывает на важность TEP в содействии связыванию углерода и осаждению частиц в бентосе, но это осложняется бактериальным разложением, а также гетеротрофным выеданием зоопланктона, такого как эвфаузииды и протисты. Это также предполагает, что TEP могут представлять собой связующее звено между океанической микробной петлей и другими пищевыми цепями, а также создавать короткие пищевые сети внутри пелагиали.

ТЭП обеспечивают поверхность в пелагическом океане для формирования бактериальных колоний. В бактериальных колониях, связанных с TEP, как правило, доминируют Alteromonadaceae, в частности таксономические единицы, ранее связанные со средами обитания микрогелей, Marinobacter и Glaciecola. Новый вид бактерий, Lentisphaera araneosa, был обнаружен колонизирующими ТЭП у побережья Орегона. Было обнаружено, что фитопланктон является наиболее значимым источником ТЭП, но численность ТЭП также положительно коррелирует с численностью бактерий. Бактерии либо усиливают выработку ТЭП фитопланктоном, либо способствуют его производству. Присутствие ТЭП необходимо для седиментации диатомей, но не участвует в седиментации фораминифер. Прохлорококк сп. Было обнаружено, что распад в результате повышенного солнечного излучения способствует производству ТЭП, что позволяет предположить, что пикоцианобактерии являются исходным материалом для ТЭП. Во время контролируемого цветения диатомей концентрации TEP экспоненциально росли во время цветения, флокуляции и старения, но производство TEP не увеличивалось после истощения питательных веществ. Фактически было обнаружено, что концентрация TEP является линейной функцией хлорофилла а и POC, что позволяет предположить, что производство TEP связано с ростом фитопланктона. Соотношение ТЭП и фитопланктона было определяющим фактором в флокуляции цветения. В процессе флокуляции ТЭП из-за своей высокой клейкости агрегировал сам с собой и фитопланктоном, но самостоятельно фитопланктон не флокулировал сам по себе. Бактериальная деградация могла способствовать потере концентрации ТЭП.

Значение TEP в биогеохимическом цикле и трофическом каскадировании всегда подозревалось, но до недавнего времени его невозможно было точно определить количественно. Использование световой микроскопии для количественного анализа ТЭП — медленный и утомительный процесс. Использование альцианового синего для окрашивания этих прозрачных молекул оказалось полезным для более эффективного их анализа с помощью спектрофотометрии. ТЭП были названы «протобиопленками» из-за их интенсивной колонизации бактериями, демонстрируя многие характеристики биопленки, но не прикрепляясь к поверхности. Планктонные микрогели (другой термин для ТЭП) и их роль в качестве протобиопленок могут иметь определенное значение для предприятий водоснабжения и водоочистки. ТЭП могут быть полезны в отраслях опреснения и очистки воды благодаря своему вкладу в биообрастания . механизмы