In the next ten minutes, we will immerse ourselves in an amazing and beautiful marine world that's very often overlooked. I'd like to take you on a journey into the sea, looking at it from the perspective of its smallest inhabitants: the microbes. My goal is that after this short journey, you'll share my amazement at how deeply connected our lives are to these microscopic creatures and also perhaps my concern that these relationships are often neglected when it comes to making decisions and policies about our oceans.
W ciągu następnych dziesięciu minut zanurzymy się w zachwycająco pięknym morskim świecie, który często jest pomijany. Chciałabym zabrać was w podróż w głąb morza, z perspektywy jego najmniejszych mieszkańców: mikrobów. Chciałabym, abyście po tej krótkiej podróży, podzielili mój zachwyt nad tym, jak bardzo połączone jest nasze życie z życiem tych mikroskopijnych stworzeń, a także moje zaniepokojenie faktem, że te relacje są często zaniedbywane, kiedy chodzi o podejmowanie decyzji i politykę w sprawie naszych oceanów.
When you look out on a clear blue ocean, you're actually gazing at a microbial soup full of vibrant life. What you see here are marine bacteria buzzing about and exploring other members of the marine food web. To emphasize how small this world really is, I've added a white line to most of my slides that shows you the thickness of a single strand of human hair -- very tiny. An average teaspoon of clean seawater has five million bacteria and 50 million viruses in it. If I were to scoop up two gallons of seawater, there would be more bacteria in those two gallons than there are people on this planet. Take just a moment and think about how many gallons might make up an ocean. Or maybe I've already made your stomach turn, as you think of all of the seawater we've each accidentally swallowed over the years. But luckily, we rarely get sick from that seawater, because most marine microbes are working for us, not against us.
Patrząc na czysty błękit oceanu, tak naprawdę widzicie na zupę mikrobów, pełną życia i energii. Tu widzicie bakterie morskie, kręcące się dookoła i odkrywające innych uczestników morskiego łańcucha pokarmowego. Aby podkreślić, jak mały jest ten świat, dodałam białą linię do większości moich slajdów. Jest ona grubości pojedynczego włosa ludzkiego, bardzo cienka. Przeciętna łyżeczka czystej wody morskiej zawiera pięć milionów bakterii oraz 50 milionów wirusów. Jeśli miałabym nabrać kilka litrów wody morskiej, byłoby w nich więcej bakterii niż ludzi żyjących na Ziemi. Pomyślcie przez chwilę o tym, z ilu litrów wody składa się ocean. A może już przeze mnie skręca was w żołądku na myśl o tym, ile wody morskiej zdarzyło wam się połknąć w ciągu całego życia. Ale na szczęście nie chorujemy przez nią, ponieważ większość morskich mikrobów działa dla nas, a nie przeciwko nam.
One of my favorite examples is that they provide half of the oxygen we breathe. In middle school, we all learn to thank the trees. And admittedly, they may be more huggable than the microbes. But it turns out that land plants only create a quarter of the oxygen we breathe. Another quarter comes from macroalgae like kelp and a full 50% from the microbes. Take a deep breath in. Thank the trees. Take another deep breath in. Thank the macroalgae. Your next two breaths -- tip your hats to the microbes.
Mój ulubiony przykład: dostarczają połowę tlenu, którym oddychamy. W szkole uczą nas, żebyśmy dziękowali drzewom. Przyjemniej jest się przytulić do nich niż do mikrobów. Ale okazuje się, że rośliny lądowe produkują jedynie jedną czwartą tlenu, którym oddychamy. Kolejna jedna czwarta pochodzi od makroglonów, takich jak listownicowce, a całe 50% od mikrobów. Weźcie głęboki oddech. Podziękujcie drzewom. Weźcie kolejny oddech. Podziękujcie makroglonom. Kolejne dwa oddechy, chylcie czoła przed mikrobami.
This picture is of a bacterium that happens to be the single most abundant photosynthesizer on our planet. It's called, "Prochlorococcus," and this is oceans' oxygen-producing powerhouse and, I might argue, one of the most amazing discoveries of recent marine microbiology. We didn't know it existed until 1988. All of human history has depended on this little microbe for the oxygen they breathe every day, no matter where or when they lived. And we've only been aware of that relationship for a mere 24 years. I find that astounding. How many more critical relationships are out there that we have yet to discover?
Oto zdjęcie bakterii, która jest najbardziej płodna z tych biorących udział w fotosyntezie na naszej planecie. Nazywa się <i>Prochloroccus</i>, to siła napędowa oceanu produkująca tlen, uważam ją za jedno z najwspanialszych odkryć współczesnej mikrobiologii morskiej. Do 1988 roku nie wiedzieliśmy, że istnieje. Cała historia ludzkości zależała od tego malutkiego mikroba, ponieważ ludzie wdychali tlen codziennie, niezależnie od tego, gdzie i kiedy żyli. A jesteśmy świadomi tej relacji zaledwie od 24 lat. Uważam, że to niesamowite. Jak wiele jeszcze innych kluczowych relacji istnieje, których jeszcze nie odkryliśmy?
I see our relationship with marine microbes as parallel in many ways to the relationship we have with microbes in our gut. We've all experienced the wrath of unhappy gut microbes at one point or another, perhaps food poisoning or tainted water. But we may be less aware of the connection we have with marine microbes and the physical discomforts we can feel when those communities change. As an extreme example: the disease cholera is caused by a bacterium that thrives in the ocean. So while most marine microbes are indeed helping us, there do remain plenty that are not. Our relationship with the ocean, much like our gut, is dependent on the right balance of microbes. The old phrase, "You are what you eat" applies to our ocean microbes as well.
Postrzegam naszą relację z mikrobami jako równoległą, z różnych powodów, do relacji z naszymi bakteriami jelitowymi. Wszyscy doświadczyliśmy wściekłości złych bakterii jelitowych, w jakimś momencie, z powodu zatrucia pokarmowego. Ale jesteśmy mniej świadomi naszej więzi z morskimi mikrobami oraz dyskomfortu fizycznego, który możemy odczuwać, gdy ich otoczenie się zmienia. Skrajnym przykładem może być cholera, choroba, spowodowana bakterią rozwijającą się w oceanie. Choć większość morskich mikrobów nam pomaga, wciąż całkiem sporo z nich nam szkodzi. Nasz związek z oceanem, tak jak i z jelitami, jest zależny od prawidłowej równowagi mikrobów Słowa: "Jesteś tym, co jesz"
To give you a sense of what an overfed ocean may look like,
odnoszą się również do oceanicznych mikrobów.
here are two examples of me sampling seawater. On your left, it's a clean coral reef, and on your right is a nearly dead coral reef that has a very intense fish farming operation in the waters there. You'll notice I'm only smiling in one of these two pictures, and in the other one my dive buddy had to be a whole lot closer to capture that image. So if we were to take a drop of seawater from each of these samples and put it under the microscope, this is what the bacteria and viral communities would look like. So again, clean reef on your left, fish farm reef on your right. As we all have had a feeling of discomfort from imbalanced gut microbes, a fish swimming through a part of the ocean that has been overfed in this way -- in this case, by intense aquaculture, but it could be a sewage spill or fertilizer runoff or any number of other sources -- that fish will feel the physical discomforts of the ocean microbes being out of whack. There may be less oxygen present, there may be more pathogens there, and there may be toxins produced by some of these microbes. The bottom line is that from their tiny-scale existence, these tiny microbes have a very large-scale power to control how our ocean smells, how it tastes, how it feels and how it looks.
Aby dać wam pojęcie, jak może wyglądać zanieczyszczony ocean, oto dwa zrobione przeze mnie przykłady wody morskiej. Po lewej widzicie czystą rafę koralową, a po prawej niemal martwą rafę. W tym miejscu często łowi się ryby. Zobaczycie mój uśmiech tylko na jednym ze zdjęć, aby zrobić drugie, kolega, który nurkował ze mną, musiał się bardzo przybliżyć. Jeśli weźmiemy kroplę wody morskiej z tych dwóch miejsc i zbadamy przez mikroskop, zobaczymy bakterię i zespoły wirusów. Czysta rafa po lewej, rafa do rybołówstwa po prawej. Kiedy wszyscy źle się czujemy z powodu braku równowagi bakterii jelitowych, ryba płynąca przez część oceanu zanieczyszczoną w ten sposób... Tu akurat przez intensywną akwakulturę, ale to mogły być też ścieki, spływ nawozu lub jakiekolwiek inne źródło. Ta ryba poczuje fizyczny ból spowodowany uszkodzeniem mikrobów. Może znajdować się tam mniej tlenu, może być więcej patogenów, a niektóre mikroby mogą produkować toksyny. Podsumowując, mimo niewielkiego rozmiaru, te drobniutkie mikroby mają ogromne możliwości kontroli zapachu, smaku, wyglądu naszych oceanów, i tego, co czujemy, stykając się z nim fizycznie.
If you take one idea away from my talk today, let it be this: we have an incredibly important relationship with these marine microbes that have very large-scale consequences, and we're just barely beginning to understand what that relationship looks like and how it may be changing. Just as a physician will have trouble curing a disease of unknown cause, we will have similar trouble restoring ocean health without understanding the microbes better. They are the invisible engineers that control the chemistry of the ocean and therefore, what creatures can live there, whether or not it's safe for us to swim there and all of the other characteristics we sense with our eyes, noses and taste buds. And the more we pay attention to these small but very numerous members of the ocean, the more we're learning they do indeed respond to human actions, such as in this fish farm example.
Biorąc jedną myśl przewodnią z mojego wystąpienia, niech to będzie: nasza relacja z morskimi mikrobami jest niezwykle ważna. Mają ogromny wpływ na nasze życie, a my zaledwie zaczynamy rozumieć, jak ta relacja wygląda i jak może się zmieniać. Tak jak lekarz będzie miał problem z wyleczeniem choroby o nieznanym podłożu, my będziemy mieli podobny problem, uzdrawiając ocean bez solidnej wiedzy o mikrobach. To one są niewidzialnymi inżynierami kontrolującymi chemię oceanu, a zatem te istoty mogą tam mieszkać, bez względu na to, czy pływanie tam jest dla nas bezpieczne, a także wszystko inne, co czujemy dzięki oczom, nosom i kubeczkom smakowym. Im więcej uwagi zwracamy na tych małych, ale licznych mieszkańców oceanu, tym więcej dowiadujemy się, że faktycznie reagują na ludzkie działania, takie jak rybołówstwo.
Now, as the past few slides about coral reefs may have suggested, I do indeed spend much of my time as a researcher thinking about human-microbe interactions, specifically on coral reefs. It turns out, we're not alone in having our own protective community of microbes. Corals, along with most other organisms on this planet, have their own protective communities as well. However, rather than keeping theirs on the inside as we do in our gut, they keep theirs on the outside, to protect them from their surroundings So what you're seeing here is a three-dimensional image of a live spot on a living coral with all of its living bacteria, that I took with some exciting technology -- a high-speed laser-scanning confocal microscope. All of the red circles are the symbiotic algae that live inside the coral tissue, turning sunlight and into sugars they both can use, and all of the little blue dots are the protective bacteria. So when I use image analysis software to highlight the outer layer of the coral in white, you can see that there are still some tiny little blue dots above that layer. And those bacteria are sitting in a mucus layer, which is also part of the coral's protective layer.
Kilka ostatnich slajdów o rafach mogło wam zasugerować, że faktycznie spędzam tam sporo czasu jako badacz, rozmyślając o interakcjach między ludźmi a mikrobami, zwłaszcza w przypadku raf. Okazuje się, że nie tylko my posiadamy własną, ochronną zbiorowość mikrobów. Rafy, tak jak większość innych organizmów na tej planecie, również mają swoje ochronne zbiorowości. Jednak, zamiast mieć ich w środku, tak jak my w jelitach, posiadają je na zewnątrz, aby chroniły je przed otoczeniem. Tutaj widzicie trójwymiarowe zdjęcie żywego fragmentu na żyjącej rafie ze wszystkimi jej żyjącymi bakteriami. Zrobiłam je z pomocą niesamowitej technniki, mikroskopu konfokalnego z szybko skanującym laserem. Wszystkie czerwone kręgi to symbiotyczne glony, które żyją w tkance koralowców, przekształcając światło słoneczne w użyteczne dla nich cukry, a wszystkie niebieskie kropki to bakterie ochronne. Kiedy korzystam z oprogramowania analizującego obrazy, aby podkreślić zewnętrzną warstwę białego koralowca, wciąż jest nad nią kilka małych, niebieskich kropek. Te bakterie znajdują się w warstwie śluzowej, która również jest częścią warstwy ochronnej koralowca.
From the bigger perspective, I spend my time thinking about these relationships, because too many reefs are going from looking like the picture on your left to the picture on your right. Believe it or not, the picture on your right remains a very popular tourist snorkeling spot on the island of Maui, even though it's lost most of its coral cover over the past decade or so. Corals are getting sick all around the globe at alarming rates, and we really don't know how or why. I see the microbes on the coral reefs, both the good ones and the bad ones, trying to link their micro-scale behaviors to this big picture of: How do we help the reef that looks like the right back towards something that looks more like the left? Or: How do we stop coral disease from spreading?
Zastanawiałam się nad tymi relacjami z szerszej perspektywy, ponieważ zbyt wiele raf, zamiast wyglądać jak ta na obrazku po lewej, zaczyna przypominać tę po prawej. Wierzcie lub nie, obrazek po prawej to pozostałości popularnego turystycznie miejsca do nurkowania na wyspie Maui, chociaż to miejsce straciło większość koralowców jakieś dziesięć lat temu. Na całej planecie koralowce chorują w niepokojących ilościach, a my naprawdę nie wiemy, jak i dlaczego. Widzę mikroby na rafach koralowych, te dobre i te złe, próbując połączyć ich zachowania na małą skalę z tym poważnym pytaniem: Jak pomagamy rafie wyglądającej, jak ta po prawej, być znów taką, jak ta po lewej? Jak zapobiegamy rozprzestrzenianiu się choroby koralowców?
Just over a year ago, no one had ever seen a view like this. This video is a prime example of making the invisible visible. We're looking at a side view of the same coral as before, where the protective layer meets the seawater; so, seawater on your right, coral on your left. It's incredibly exciting to me that we can finally see these bacteria in real life, in real time, at their micro scale, and learn how they interact with the world around them. Ecologists all over the world are used to being able to grab a pair of binoculars and go out and observe what their study creatures do each day. But microbial ecologists have desperately needed breakthroughs in technology, such as with this fast confocal, to make similar observations. I work to find ways that cutting-edge technologies like this can help make the unseen seeable, to see marine bacteria in action and learn how they behave. In doing so, we can learn how they respond to our actions and our behaviors and the environment around them in ways that will help us better manage our oceans.
Jeszcze ponad rok temu, taki widok był rzadki. Ten filmik to najlepszy przykład, jak sprawić, by niewidzialne stało się widzialne. Patrzymy na tę samą rafę koralową z boku, gdzie warstwa ochrona styka się z wodą morską; Woda morska po prawej, rafa koralowa po lewej. To, że wreszcie możemy zobaczyć te bakterie w prawdziwym życiu, czasie, w ich skali, dowiedzieć się, jak reagują na świat wokół nich, jest dla mnie niesamowicie ekscytujące. Ekolodzy z całego świata niegdyś mogli wziąć lornetkę i obserwować, co badane przez nich istoty porabiają każdego dnia. Ale ekolodzy mikrobiologiczni bardzo potrzebowali przełomu w technice, jak ten szybki mikroskop, aby dokonywać podobnych obserwacji. Pracuję nad sposobem znalezienia najnowocześniejszej techniki tego typu, mogącej zobaczyć niewidziane, by zobaczyć bakterie morskie w akcji, dowiedzieć się, jak się zachowują. Wówczas dowiemy się, jak odpowiadają one na nasze działania oraz otoczenie wokół nich, by zmienić nasze podejście do oceanów.
Another example of how I'm doing this is by using microfluidics to study specifically how pathogens behave in the ocean. The basic idea behind microfluidics is that you can use nanofabrication techniques to recreate or mimic the conditions bacteria experience at their own tiny scale in the ocean. What you see here is a microfluidic chamber on a microscope slide with a microscope lens underneath it. We use high-speed video microscopy to record bacteria behavior. The colored tubing is where bacteria and seawater flow in and out of the device. And it's using a device like this that I recently discovered that a known coral pathogen actually has the ability to sniff around the seawater and hunt for corals. Here's the video of in action. You'll see all of the pathogens which are the tiny green dots on the left start detecting the coral mucus I put on the right side of the channel, and they swim quickly over in that direction and stay there. Up until now, it was thought that a pathogen would need some good luck to find its host in the ocean. But simply by watching and observing, we can learn that these bacteria are very well adapted to seeking out their victims.
Kolejny przykład dotyczy używania mikrofluidów, aby badać, jak patogeny zachowują się w oceanie. W mikrofluidach można używać metod nanowytwarzania, aby odtworzyć lub naśladować warunki, jakich doświadczają bakterie w swojej własnej małej skali w oceanie. Tutaj widzicie mikrofluidalną komorę na preparacie mikroskopowym, a pod nim są soczewki mikroskopu. Korzystamy z mikroskopu z szybkim zapisem wideo, aby nagrywać zachowanie bakterii. Kolorowe rurki pokazują, gdzie płyną bakterie i woda morska, do urządzenia i na zewnątrz. Dzięki takiemu urządzeniu odkryłam ostatnio, że znany patogen koralowy potrafi kręcić się po oceanie w poszukiwaniu raf koralowych. Tutaj zobaczycie go w akcji. Patogeny, te zielone kropki po lewej, wykrywają wydzielinę koralowców, którą dałam po prawej stronie kanału, płyną szybko w tamtym kierunku i zostają tam. Aż do dzisiaj sądzono, że patogen potrzebuje dużo szczęścia, by znaleźć w oceanie pożywienie. Dzięki obserwacji wiemy, że te bakterie są dobrze przystosowane do poszukiwania swoich ofiar.
These micro-channels are bringing us closer than ever before to understanding how bacteria navigate that big blue ocean. It turns out that this pathogen can even detect the coral mucus when I dilute it 20,000 fold. So these bacteria are very well adapted to hunting down these corals. I'm currently testing different environmental conditions to see what scenarios make this pathogen more or less capable of hunting corals. By learning more about what triggers the hunt, we should be able to find ways to help slow down or prevent this disease. There's also some evidence that the healthy microbes on the coral can fight off the pathogen if the conditions are right.
Dzięki mikrokanalikom jesteśmy bliżej niż kiedykolwiek zrozumienia, jak bakteria nawiguje w tym wielkim błękicie. Okazuje się, że ten patogen może wykryć śluz koralowy, nawet kiedy rozcieńczę go 20 000 razy. Zatem te bakterie są dobrze przystosowane do polowania na koralowce. Obecnie testuję różne warunki otoczenia, aby zobaczyć, co sprawia, że patogen jest mniej lub bardziej zdolny do polowania na koralowce. Dowiadując się więcej o tym, co jest bodźcem polowania, powinniśmy pomóc spowolnić tę chorobę lub jej zapobiec. Jest również dowód na to, że zdrowe mikroby na koralowcu mogą zwalczyć patogen, jeśli warunki są sprzyjające.
So, one final image of a coral and its healthy bacteria. I hope you've enjoyed this short journey into our microbial oceans and that the next time you look out at the sea, you'll take in a deep breath of fresh ocean air and wonder: What else are all of the unseen microbes doing to keep us and our oceans healthy?
To ostatni obrazek koralowca i jego zdrowych bakterii. Mam nadzieję, że podobała wam się ta krótka podróż do oceanu mikrobów, i że następnym razem, kiedy spojrzycie na morze, weźmiecie głęboki oddech świeżego, morskiego powietrza i pomyślicie: co jeszcze robią te niewidoczne mikroby, żebyśmy byli zdrowi, my i nasze oceany?
Thank you.
Dziękuję.