Les créatures marines doivent aller aux toilettes, trop, et en aquarium, qui crée la tâche de nettoyer l'eau des déchets comme l'ammoniac, nitrites et nitrates. Les bonnes bactéries décomposent les composés azotés au Georgia Aquarium, et dans une nouvelle étude, certaines communautés bactériennes imitaient étonnamment bien celles que l'on trouve naturellement dans les océans.

"C'était phénoménal. Je ne m'y attendais pas, " a déclaré Frank Stewart, chercheur principal de l'étude menée par le Georgia Institute of Technology. "Les communautés microbiennes sont ensemencées à partir de microbes provenant des animaux et de leur nourriture dans un aquarium qui ne puise pas dans l'océan. Mais ceux-ci ressemblaient à des communautés microbiennes marines naturelles."

C'est une bonne nouvelle pour les milliers de faune marine, y compris les requins baleines, des raies manta et une tortue de mer nommée "Tank, " qui vivent dans l'Ocean Voyager de l'Aquarium de Géorgie, la plus grande exposition océanique intérieure aux États-Unis avec près de 24 millions de litres (6,3 millions de gallons) d'eau de mer constituée. Les chercheurs ont analysé deux communautés bactériennes dans l'exposition au fil du temps et ont constaté que certaines communautés font un meilleur travail de nettoyage que d'autres.

« Un vrai changeur de jeu »

"L'analyse bactérienne a vraiment changé la donne pour l'Aquarium de Géorgie, " a déclaré Eric Hall, qui a collaboré à la recherche et est directeur principal des systèmes de soutien à la vie et de la qualité de l'eau pour l'aquarium. "Nous avons maintenant une bien meilleure compréhension de ce à quoi ressemble cette micro-communauté bactérienne bénéfique qui vit dans l'eau de l'habitat et dans nos filtres."

Les chercheurs aimeraient que leur travail continu aide les opérateurs d'aquariums partout à optimiser les colonies bactériennes pour un nettoyage maximal de l'eau. Georgia Tech et Georgia Aquarium, une organisation à but non lucratif de la vie marine, ont publié leur analyse dans la revue Microbiologie appliquée et environnementale vendredi, 29 septembre 2018.

Le premier auteur était Andrew Burns, un chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Stewart. La recherche a été financée par la Fondation Simons, la Fondation nationale des sciences, et la Fondation Teasley.

Caca de poisson parti

Pour rester frais, L'eau d'Ocean Voyager passe en cascade à travers une série de processus de nettoyage. Dans le réservoir, comme dans les océans, les bactéries décomposent les excréments, ammoniac et autres déchets, puis l'eau de l'exposition de l'aquarium passe à travers des filtres qui éliminent plus de choses, y compris les nitrites.

L'eau s'écoule également à travers des réacteurs bactériens spéciaux, et à ce moment-là, il est exempt de presque tout sauf des nitrates, qui peut devenir toxique si on le laisse s'accumuler à des concentrations élevées. Dans les réacteurs, colonies de bactéries, l'objet de cette étude, décomposer les nitrates.

Les réacteurs, ou " tampons, " n'ont presque pas d'oxygène et offrent aux bactéries du soufre comme nourriture. Alors, les bactéries anaérobies s'y rassemblent pour "manger" le soufre et "respirer" les nitrates pour former de l'azote gazeux, qui peut bouillonner dans l'atmosphère. L'atmosphère terrestre contient naturellement environ 78 pour cent d'azote.

Surprise bactérienne hétéroclite

Les communautés bactériennes que les chercheurs ont rencontrées dans les deux blocs qu'ils ont étudiés ont déçu les attentes. Pour un, les chercheurs ont pensé qu'ils pourraient trouver les deux coussinets dominés par une bactérie dénitrifiante emblématique appelée Thiobacillus denitrificans, qui peut être utilisé pour ensemencer à la main les aquariums professionnels et domestiques. Ils n'ont pas.

"C'est certainement apparu dans nos systèmes, mais les gènes des outils que Thiobacillus denitrificans porte pour effectuer ces processus étaient largement distribués parmi de nombreux types de microbes, " dit Stewart, qui est professeur agrégé à la School of Biological Sciences de Georgia Tech. "Les niveaux de diversité étaient tout simplement exceptionnels."

Aussi, les compositions des communautés bactériennes dans les deux coussinets étaient pratiquement aux antipodes l'une de l'autre.

"Dans l'un des pads, nous avons eu une espèce devenue environ 90 pour cent de la communauté, " a déclaré Burns. C'était une souche liée à une espèce appelée Thiobacillus thioparus. " L'autre bloc avait une communauté beaucoup plus diversifiée avec beaucoup d'espèces et même de genres différents. " (Le genre est la catégorie taxonomique au-dessus des espèces.)

"Même en regardant certains des principaux contributeurs, il y avait un genre de Sulfurimonas (bactéries) et même ceux-ci avaient une tonne d'espèces différentes, environ 150 espèces ou variantes de souches au lieu de dire, Dix, auquel on aurait pu s'attendre, ", a déclaré Stewart.

Repêchage bactérien de la NFL

Comme les équipes sportives, les deux communautés bactériennes ont réuni des acteurs différents. Une équipe avait un grand joueur vedette, et l'autre équipe a réparti les compétences nécessaires pour toutes les étapes chimiques de manière plus uniforme à travers l'équipe.

"Nous avons découvert que dans beaucoup de ces systèmes, une seule bactérie va devenir le principal contributeur et qu'elle surpassera tout le monde et deviendra la majorité de la communauté et effectuera la majeure partie du métabolisme, " Burns a déclaré. " Dans notre étude, ce tampon s'est avéré être meilleur pour la dénitrification."

Mais cela pourrait fonctionner dans l'autre sens, que des communautés bactériennes mixtes particulières peuvent fonctionner plus efficacement, Burns a dit, et même dans les systèmes où un joueur est la star, la variété peut ajouter de la force.

"Cela peut donner une sauvegarde à ce système bactérien, " a déclaré Burns. " Si cela ne reposait que sur un seul gros joueur, s'il lui arrivait quelque chose, tout le système pourrait tomber en panne."

"Ce qui est vraiment intéressant, c'est combien d'espèces spécifiques existent dans notre système et surtout découvrir ce qu'elles font, ", a déclaré Hall. "Ces créatures microscopiques ne font pas que traîner, mais font en fait des choses bénéfiques pour notre eau que nous ne comprenions pas complètement auparavant."

Il est trop tôt pour faire des recommandations, mais vu les premières observations, les chercheurs pensent que quiconque essaie d'optimiser les bactéries pour l'aquarium ne doit pas nécessairement jeter un grand organisme dans un système depuis l'extérieur. Amener une grande communauté bactérienne à s'auto-assembler à la place pourrait maximiser le pouvoir de nettoyage.