Protists under pressure

Dear interested reader, colleagues, friends and families,

let’s take a deep breath now. Imagine, you are swimming in the ocean and, suddenly, your body is sinking, sinking and sinking. Imagine, you are sinking for hours and days. You reach the seafloor, where your body dissociates into a nutritious cloud of carbon. Eventually, this carbon is taken up by others living in the deep darkness and the carbon cycle begins again. This is exactly what happens to the brown algae Sargassum, which covers wide areas of the ocean (Image 1). But what happens to the sinking eukaryotic single cells (protists), which use Sargassum as their natural habitat?

Suzana Živaljić is a PhD student from Cologne, holding a grant from the German Academic Exchange Service (DAAD) and deals with protists under pressure. All of us live under atmospheric pressure and we have problems with our ears when diving into the deep. The reason is a physical principle that is very simple: with every 10 m depth, the pressure is increasing by 1 bar. As you know now, protists play a major role in the carbon flux in the ocean. This is why Suzana is investigating the behaviour and survival of protists, if they are exposed to enormous 400 bar in 4000 m depth. She is using equipment that is not easy to handle and requires a lot of concentration. The high-pressure system is mainly build up by a hydraulic pump and a high-pressure chamber, in which the protists can be directly observed under a special high-speed microscope (Image 2). Suzana can follow the paths of each moving protist in real time while increasing the pressure and calculates their velocity and displacement (Image 3). During the research cruise M139, she is working with protists from the seafloor in 4050 m depth. They have been cultivated in bottles with enough nutrients, so that they divide and we can study them at atmospheric pressure. Suzana already performed pressure experiments with them and found that some of the different protists survive up to 400-500 bar. Some questions remain: Are they still intact when bringing them back to atmospheric pressure? “I found a few protists, which survive the change towards atmospheric pressure. They are definitively alive but show very low activity”, Suzana explains. “In my future work on protists under pressure, I want to find out, how long they need to recover and what is the mechanistic explanation for their pressure tolerance”.

Your M139 team

Liebe interessierte Leser, Kollegen, Freunde und liebe Familien,

atmen Sie jetzt tief ein. Stellen Sie sich vor, Sie schwimmen im Meer, und plötzlich beginnt ihr Körper zu sinken, zu sinken und zu sinken. Stellen Sie sich vor, er sinkt für Stunden und Tage. Sie erreichen den Meeresgrund, wo ihr Körper sich in eine Wolke nahrhaften Kohlenstoffs zersetzt. Dieser Kohlenstoff wird letztendlich wieder von Organismen in der tiefen Dunkelheit aufgenommen und der Kohlenstoffkreislauf beginnt von Neuem. Genau das passiert der Braunalge Sargassum, die sich in weiten Bahnen über den Ozean erstreckt (Bild 1). Aber was passiert mit den sinkenden, eukaryotischen Einzellern (Protisten), die Sargassum als ihr natürliches Habitat nutzen?

Suzana Živaljić ist eine Kölner Doktorandin, Stipendiatin des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD), und beschäftigt sich mit Protisten unter Druck. Alle von uns leben bei atmosphärischem Druck und wir bekommen beim Tauchen Probleme mit unseren Ohren. Der Grund dafür ist ein einfaches, physikalisches Prinzip: mit jeden 10 m Tiefe, steigt der Druck um 1 bar. Wie Sie nun wissen, spielen Protisten eine Hauptrolle im Kohlenstofffluss im Ozean. Grund genug also, um das Verhalten und Überleben von Protisten zu untersuchen, die enormen 400 bar in 4000 m Tiefe ausgesetzt sind. Dafür nutzt Suzana Instrumente, die schwierig zu handhaben sind und hohe Konzentration erfordern. Das Hochdruck-System besteht hauptsächlich aus einer Hydraulikpumpe und einer Hochdruckkammer, worin Protisten direkt unter einem speziellen Mikroskop beobachtet werden können (Bild 2). So kann Suzana parallel zur Erhöhung des Drucks in der Kammer die Aktivität der Protisten durch die Messung von Schnelligkeit und Verschiebung bestimmen (Bild 3). Auf der Forschungsreise M139 arbeitet sie mit Protisten vom Meeresgrund in 4050 m Tiefe. Diese Protisten konnten bereits mit ausreichend Nahrung in Flaschen kultiviert werden, sodass sie sich teilen und auch bei atmosphärischem Druck untersucht werden können. Suzana hat bereits Experimente mit diesen Protisten durchgeführt und festgestellt, dass manche von ihnen Drücke von 400-500 bar standhalten. Manche Fragen bleiben: Sind sie noch intakt, wenn sie wieder dem Normaldruck an der Oberfläche ausgesetzt werden? „Ich habe einige wenige Protisten gefunden, welche die Druckveränderung hin zu atmosphärischem Druck ausgehalten haben. Sie sind definitiv lebendig, zeigen aber eine stark verminderte Aktivität“, erklärt Suzana. „In meiner zukünftigen Arbeit über Protisten unter Druck möchte ich herausfinden, wie lange es dauert, bis sich die Organismen vollständig erholt haben und was die mechanistische Erklärung dafür ist, dass sie eine so große Toleranz gegenüber Druck aufweisen können.“

Ihr M139-Team

 

Image 1 | Stretches of the brown algae Sargassum. (Photo: Johannes Werner)

 

Image 2 | Preparing the high-pressure chamber. (Photo: Johannes Werner)

 

Image 3 | Protists under pressure (see the single cells on the screen). (Photo: Johannes Werner)

2 thoughts on “Protists under pressure

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