CO2의 해양-대기 교환은 주로 해양 미생물의 광합성과 호흡 사이의 균형에 달려 있습니다. 해양 플랑크톤 박테리아와 고세균 (원핵플랑크톤) 사이의 방대한 분류학적 및 대사적 다양성에도 불구하고, 그들의 호흡은 일반적으로 대량으로 측정되며 글로벌 생지화학 모델에서 ‘블랙박스’로 취급됩니다. 이것은 지구 탄소 순환에 대한 기계론적 이해를 제한합니다.

우리는 개별 미생물 세포의 통합 표현형 분석과 게놈 시퀀싱 기술을 사용하여 세포별 호흡 속도가 원핵플랑크톤 속 사이에서 1,000배 이상 차이가 난다는 것을 보여주었습니다. 대부분의 호흡은 원핵플랑크톤 (Roseobacter cluster 포함)의 소수 구성원에 의해 수행되는 반면 가장 널리 퍼진 계통 (Pelagibacter, SAR86 포함)의 세포는 호흡률이 매우 낮았습니다. Pelagibacter와 SAR86 세포에서 proteorhodopsin 전 사체 수가 증가하고 밤에 SAR86의 호흡이 증가하는 계통 중 풍부한 호흡 속도의 분리는 proteorhodopsin 기반 광영양이 아마도 원핵플랑크톤에 중요한 에너지원을 구성하고 성장 효율을 증가시킬 수 있음을 나타냅니다.

이러한 발견은 원핵플랑크톤이 에너지 수요와 성장을 위해 식물플랑크톤 유래 유기탄소를 CO2로 재광화 시키고 호흡에 의존하는 것이 일반적으로 가정하는 것보다 낮고 혈통에 따라 가변적일 수 있음을 시사합니다.