Jednym z najważniejszych fotosyntetyków Ziemi jest bakteria mniejsza od wielu innych bakterii
Prochlorococcus to maleńka cyjanobakteria żyjąca przede wszystkim w ciepłych, ubogich w składniki pokarmowe częściach oceanów. Pojedyncza komórka ma mniej więcej pół mikrometra średnicy, lecz ogromna liczebność sprawia, że cały rodzaj jest jednym z najważniejszych producentów materii organicznej w morzach. To dobry przykład biologicznej skali, której nie da się ocenić po rozmiarze pojedynczego organizmu: komórki ledwie widoczne nawet pod zwykłym mikroskopem mogą łącznie uczestniczyć w znaczącej części fotosyntezy oceanicznej i zasilać rozległe sieci pokarmowe.
Olbrzymia rola mikroskopijnego organizmu
Prochlorococcus jest jednym z najmniejszych znanych organizmów zdolnych do fotosyntezy tlenowej. Jego komórki mają zwykle około 0,5–0,7 mikrometra średnicy. Gdyby patrzeć wyłącznie na pojedynczą komórkę, trudno byłoby uznać ją za ważnego producenta biomasy. W oceanie liczy się jednak nie tylko rozmiar, ale też liczebność i powierzchnia zajmowanego środowiska. Prochlorococcus występuje w ogromnych liczbach w rozległych obszarach tropikalnych i subtropikalnych mórz, zwłaszcza tam, gdzie stężenie składników odżywczych jest niskie.
Fotosynteza w oceanie nie należy wyłącznie do dużych glonów
Na lądzie podstawowymi producentami kojarzymy drzewa, trawy i inne widoczne rośliny. W morzu znaczna część pierwotnej produkcji odbywa się w komórkach planktonowych. Prochlorococcus pobiera dwutlenek węgla i energię światła, budując związki organiczne. Część tej materii trafia potem do innych mikroorganizmów, część jest konsumowana przez grazery, a część włącza się w obieg węgla w oceanie. W ten sposób niewidoczny fototrof staje się jednym z pierwszych ogniw ogromnego systemu energetycznego.
Mały genom, wiele odmian
Pojedyncze szczepy Prochlorococcus mają stosunkowo niewielkie, „odchudzone” genomy. Nie oznacza to jednak, że cały rodzaj jest biologicznie prosty. Populacje składają się z licznych ekotypów przystosowanych do innych natężeń światła, temperatur, dostępności fosforu, azotu i innych czynników. Badacze opisują ten układ wręcz jako federację zróżnicowanych komórek: każda ma ograniczony zestaw genów, ale wspólnie populacja dysponuje ogromnym repertuarem przystosowań. To pomaga wyjaśnić, jak tak mały organizm opanował tak rozległą część oceanu.
Światło zmienia się wraz z głębokością
W powierzchniowych warstwach oceanu światła jest dużo, ale głębiej staje się ono coraz słabsze i zmienia się jego widmo. Różne linie Prochlorococcus są wyspecjalizowane do odmiennych warunków świetlnych. Jedne radzą sobie lepiej blisko powierzchni, inne w głębszej części strefy eufotycznej. To nie jest więc jedna uniwersalna komórka rozmieszczona przypadkowo w wodzie. Za pozorną jednolitością kryje się ekologiczne uporządkowanie, którego nie widać bez analiz pigmentów, genów i fizjologii.
Dlaczego to ważne dla całej biosfery
Fotosynteza usuwa CO₂ z wody i przekształca węgiel nieorganiczny w biomasę. Ocean nie jest pod tym względem dodatkiem do lądowych ekosystemów, lecz jednym z głównych elementów globalnego obiegu węgla i tlenu. Prochlorococcus odpowiada tylko za część tej produkcji, ale ze względu na liczebność jego wkład jest znaczący. Co szczególnie kontrintuicyjne, organizm ten dominuje w wodach oligotroficznych — pozornie „pustych” i ubogich w składniki odżywcze — gdzie duży rozmiar komórki byłby wręcz wadą.
Małość jako strategia
Mała komórka ma duży stosunek powierzchni do objętości, co ułatwia pobieranie rozproszonych składników pokarmowych. Jednocześnie utrzymanie niewielkiego genomu i ograniczonej maszynerii komórkowej zmniejsza koszty. Sukces Prochlorococcus nie wynika więc z pokonywania ograniczeń środowiska siłą, lecz z ekonomii. To jeden z najlepszych biologicznych przykładów pokazujących, że „najważniejszy” nie musi oznaczać największy, najbardziej złożony ani najbardziej widoczny.