ECTOENZYMATIC HYDROLYTIC ACTIVITIES IN THE SEA SURFACE MICROLAYER

J.M. Arrieta*, E. Sintes, T. Reinthaler and G.J. Herndl

Department of Biological Oceanography, Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ), 

P.O. Box 59, 1790 AB Den Burg, The Netherlands, txetxu@nioz.nl

Abstract

The skin of the sea, known as the sea surface microlayer (SML) has attracted considerable interest as a potential factor regulating the

exchange between the ocean and the atmosphere. It is known that trace metals, inorganic nutrients and dissolved organic compounds are

enriched in the SML as compared to the underlying waters, making the SML a “hot spot” for biological activity. However, most of this

knowledge comes from coastal areas, which may be not representing the bulk of the global ocean’s surface. Here we present the diel

dynamics of bacterial heterotrophic activity in the SML of a Mediterranean eddy.

Keywords: surface microlayer, interface, Mediterranean Sea, bacteria, neuston

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

261

The SML is the part of the ocean most directly exposed to solar

radiation and therefore it is potentially subjected to strong diel

perturbations. In order to characterize the diel dynamics of the SML,

samples were taken in the early morning, at noon and right before

dusk using glass plate samplers. Samples of the underwater layer

(UWL) were collected from a depth of about 30 cm at the same

locations and times. 

The SML has been reported to be significantly enriched in

phosphate (1), carbohydrates and peptides (2) as compared to the

underlying waters. Therefore the bacterial hydrolytic activities

involved in the bacterial degradation of these compounds, (

a

- and 

ß

-

glucosidase, aminopeptidase and phosphatase) were chosen as an

estimate of bacterial heterotrophic activity. 

The SML samples always showed higher levels of inorganic

nutrients than those of the UWL as reported previously (1), however,

ammonia and nitrate exhibited higher enrichment factors than

phosphate (Table 1), resulting in much higher N:P ratios in the SML

than in the UWL. Although there was a considerable variation

between the different SML samples collected, bulk enzyme activities

in the SML were generally several times higher than those in the

underlying waters (Table 1). However, bacterioneuston abundances

(SML) were not significantly higher than those of bacterioplankton

(UWL), which resulted in much higher cell-specific activities of

bacterioneuston as compared to bacterioplankton. The higher N:P

ratios observed in the SML were matched by the ectoenzymatic

activity pattern resulting in higher aminopeptidase:phosphatase in the

UWL as compared to the SML. Thus there are remarkable differences

between the two environments that are re?ected in the response of

their respective bacterial community.

Table 1. Enrichment factors (SML/UWL) of the different parameters

measured (n=13).

The highest levels of ectoenzyme activity were found in the early

morning or in the evening samples and a marked inhibition of

enzymatic hydrolysis was generally detected at noon for both

bacterioneuston and bacterioplankton (Fig. 1). This pattern suggests a

dramatic effect of UV radiation on enzyme activity on both

communities as previously hypothesized. These data and the results of

other analyses currently in progress will be presented and discussed.

References

1-Falkowska L. 1999. Sea surface microlayer: a field evaluation of te?on

plate, glass plate and screen sampling techniques. Part 2. Dissolved and

suspended matter. Oceanologia, 41: 223-240.

2-Henrichs S. M., and P. M. Williams. 1985. Dissolved and particulate

amino acids and carbohydrates in the sea surface microlayer. Marine

Chemistry, 17:141-163.

Fig. 1. Box plots and whisker plots of the diel variations in ectoen-

zyme activity for the SML and the UWL. Error bars represent the range,

and the lines inside the boxes represent the median values. Samples

collected in the morning are in black, those at noon in white, evening

values are in gray.