เผยแบคทีเรียขนาดจิ๋วอาจนำคาร์บอนมหาศาลลงสู่ก้นทะเลลึกได้

ผลการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร ISME Journal ระบุว่า แบคทีเรียสังเคราะห์แสงขนาดจิ๋วที่เรียกว่า ‘พิโคไซยาโนแบคทีเรีย’ (Picocyanobacteria) สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่สุดชนิดหนึ่งในมหาสมุทรอาจมีบทบาทสำคัญในการเคลื่อนย้ายคาร์บอนจากผิวน้ำลงสู่ทะเลลึกได้มากกว่าที่คิด ด้วยการเกาะรวมตัวกันเป็นกลุ่ม ก่อนจมลงสู่ระดับน้ำที่ลึกกว่า พร้อมนำคาร์บอนที่สะสมอยู่ในเซลล์ลงไปด้วย
เซลล์จิ๋วกับภารกิจอันยิ่งใหญ่

การศึกษาที่นำโดยนักวิจัยจากภาควิชานิเวศวิทยา สิ่งแวดล้อม และพฤกษศาสตร์ มหาวิทยาลัยสตอกโฮล์มของสวีเดน ซึ่งร่วมมือกับห้องปฏิบัติการนิเวศวิทยาทางทะเล ในการศึกษาตัวอย่างจากทะเลบอลติก พบว่า โดยทั่วไป แพลงก์ตอนในมหาสมุทรลักษณะคล้ายพืชที่เรียกว่า ‘ไฟโตแพลงก์ตอน’  (Phytoplankton) จะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง และมีส่วนในการสังเคราะห์แสงบนโลกประมาณครึ่งหนึ่งของทั้งโลก 

เมื่อแพลงก์ตอนและมวลชีวภาพจมลงสู่ทะเลลึก คาร์บอนที่สะสมอยู่ก็จะถูกพาลงไปด้วย ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกกระบวนการนี้เรียกว่า ‘ปั๊มชีวภาพ’ (Biological Pump) ซึ่งมีส่วนช่วยควบคุมปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ

อย่างไรก็ตาม การจมลงของแพลงก์ตอนก็มีผลเสียเช่นกัน เพราะเมื่อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สลายตัว กระบวนการย่อยสลายจะใช้ออกซิเจนในน้ำ และอาจทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจนในน้ำบริเวณก้นทะเลชายฝั่งทะเล เช่นเดียวกับที่พบในทะเลชายฝั่งบางแห่ง รวมถึง ทะเลบอลติก

ปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์พยายามหาคำตอบ คือ แบคทีเรียขนาดเล็กกว่า 2 ไมโครเมตร ซึ่งมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับความกว้างของเส้นผม สามารถจมลงสู่ทะเลลึกและมีส่วนช่วยส่งผ่านคาร์บอนได้อย่างไร ทั้งที่เซลล์ขนาดเล็กเช่นนี้ไม่น่าจะจมลงไปได้ง่าย ๆ 

การเกาะกลุ่มช่วยให้แบคทีเรียจมลงได้

เพื่อหาคำตอบ ทีมวิจัยเก็บตัวอย่างน้ำจากทะเลบอลติกในช่วงฤดูใบไม้ผลิและฤดูร้อน ทั้งบริเวณผิวน้ำและที่ระดับความลึก 25 และ 75 เมตร พร้อมติดตั้งอุปกรณ์ดักจับอนุภาคที่กำลังจมลงใต้ชั้นน้ำที่แสงอาทิตย์ส่องถึง

จากนั้นจึงนำตัวอย่างมาวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ เครื่องวิเคราะห์เซลล์ และการตรวจสารพันธุกรรม โดยแยกอนุภาคตามขนาดเพื่อเปรียบเทียบแบคทีเรียเซลล์เล็กกับอนุภาคขนาดใหญ่ที่อาจเกิดจากการรวมตัวกัน

ผลการศึกษาพบว่า แบคทีเรียในสกุล Synechococcus หรือที่มักเรียกกันว่า สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินบางสายพันธุ์ปรากฏในกลุ่มอนุภาคขนาดใหญ่ และในอุปกรณ์ดักจับตะกอนบ่อยกว่าสายพันธุ์อื่น ซึ่งบ่งชี้ว่ามีแนวโน้มเกาะรวมตัวกันเป็นกลุ่มและจมลงได้มากกว่า ความสามารถในการเกาะกลุ่มจึงมีอิทธิพลโดยตรงต่อปริมาณคาร์บอนที่ถูกส่งออกจากผิวน้ำลงสู่ทะเลลึก

‘มาร์ติน เอ็กแมน’ (Martin Ekman) ผู้วิจัยหลัก ระบุว่า คุณสมบัติการรวมกลุ่มของแบคทีเรียขนาดจิ๋วแต่ละสายพันธุ์แตกต่างกัน และระดับการรวมตัวเป็นตัวกำหนดปริมาณชีวมวลที่ถูกส่งลงสู่ทะเลลึก

อาจมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อมหาสมุทรอุ่นขึ้น

การศึกษายังพบความแตกต่างตามฤดูกาล โดยแบคทีเรียสายพันธุ์ที่รวมตัวเป็นกลุ่มและสายพันธุ์ที่ส่วนใหญ่อยู่เป็นเซลล์เดี่ยวมีช่วงเวลาที่พบมากที่สุดแตกต่างกันไป ทำให้ความสามารถในการรวมตัวจึงอาจเป็นลักษณะทางนิเวศวิทยาที่สำคัญ ซึ่งอาจส่งผลต่อวิธีที่แต่ละสายพันธุ์ปรับตัวเมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลง

สิ่งนี้ถือว่ามีความสำคัญต่ออนาคต เนื่องจากนักวิจัยคาดการณ์ว่า แพลงก์ตอนพืชขนาดเล็กจะสามารถเจริญเติบโตได้ดีในมหาสมุทรที่อุ่นกว่า มีการแบ่งชั้นของน้ำชัดเจน และมีสารอาหารน้อยลง 

การทำความเข้าใจว่าแบคทีเรียเหล่านี้ส่งคาร์บอนลงสู่ทะเลลึกได้อย่างไร จึงมีความสำคัญต่อการคาดการณ์ระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอนาคต

ทั้งนี้ งานวิจัยดำเนินการในบริเวณแอ่งลันด์ซอร์ต ดีป (Landsort Deep) ของทะเลบอลติก ซึ่งมีข้อมูลติดตามสภาพแวดล้อมต่อเนื่องมานานกว่า 30 ปี จึงช่วยให้นักวิจัยสามารถเปรียบเทียบผลการศึกษากับแนวโน้มระยะยาวได้ โดยทีมวิจัยเสนอให้มีการตรวจสอบว่าปรากฏการณ์การจับกลุ่มกันในลักษณะนี้เกิดขึ้นในพื้นที่อื่นด้วยหรือไม่  รวมถึง ในมหาสมุทรเปิด เพื่อดูว่ากลไกการรวมตัวของแบคทีเรียขนาดจิ๋วเกิดขึ้นในวงกว้างหรือไม่ และมีบทบาทต่อวัฏจักรคาร์บอนของโลกมากเพียงใด