Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

291

BACTERIAL ACTIVITY IN THE SURFACE MICROLAYER OF THE OPEN MEDITERRANEAN SEA

Eva Sintes * and Gerhard J. Herndl

Department of Biological Oceanography, Royal Netherlands Institute of Sea Research, PO Box 59, NL-1790 AB Den Burg, 

The Netherlands - * esintes@nioz.nl, herndl@nioz.nl

Abstract

Diel dynamics in the activity and viability of bacterial cells were studied in the surface microlayer (SML) and the underlying water layer

(UWL) of the open Mediterranean Sea, following a drifting buoy. Bacterial abundance was rather stable and only slightly higher in the

SML as compared to the UWL. The cell-specific activity of bacteria was variable, however, and diel cycles of bacterial activity showed a

decrease in the percentage of active cells and a slight increase in the percentage of cells with compromised cell membranes during the day,

which might be related to UV-induced damage.

Keywords: Bacteria, sea surface microlayer, activity, viability

Introduction

The SML is a unique microenvironment characterized by the

accumulation of dissolved and particulate inorganic and organic

matter (1). Accumulation of organisms (2, 3) and enhanced enzymatic

activities have been reported for these waters (4). Essentially all the

information available thus far on the SML originates from studies

conducted in coastal areas, lakes or ponds, but diel dynamics of the

activity of organisms of the open sea SML are still lacking.

Material and Methods

To determine the diel dynamics of the microorganisms in the SML

of open sea areas, we sampled the SML and the UWL waters over diel

cycles, following a drifting buoy in the open Mediterranean Sea. The

first sampling (29-30 Sept. 03) was characterized by a calm sea state

and bright sunshine while the second diel cycle (4-5 Oct 03) was

preceded by a day with wind force 7 and white caps, calming down

overnight prior to sampling. We measured the abundance of bacteria

by ?ow cytometry distinguishing high and low-DNA bacteria, CTC+

cells (highly active cells), and cells with compromised cell

membranes. Bacterial production via 

3

H-leucine uptake was

measured as well, along with some basic chemical parameters

(inorganic nutrients, dissolved organic carbon, DOC).

Results and Discussion

Bacterial abundance was rather stable, ranging between 2.97 and

4.29 x 10

5

cells ml

-1

during the first sampling, and between 4.67 and

6.56 x 10

5

cells ml

-1

during the second diel cycle, decreasing slightly

around noon and being higher in the SML with one exception. The

specific production of bacterial cells, calculated as the bacterial

production per cell, was variable (Fig. 1), ranging from 0.20 to 5.99

fgC cell

-1

d

-1

with no clear diel pattern. Other factors related to the

activity and viability of the microbial cells showed distinct diel

dynamics. The percentage of high-DNA cells generally decreased

during the day and increased over night (Fig. 2). The respiratory

activity per CTC+ cell decreased around noon, while the percentage

of cells with a compromised cell membrane increased concurrently.

The higher biomass of microorganisms in the SML, as found

elsewhere (2, 3), was related to the higher nutrient and DOC

concentrations. The decrease in bacterial activity around noon is most

likely mediated by the damaging effect of UV radiation on bacteria (5)

and/or photolysis of DOM (6) forming radicals.

Fig. 2. Diel dynamics in the percentage of high-DNA cells. Legend as in

Fig. 1.

Acknowledgements. ES was supported by a fellowship from “Sa

Nostra”, Illes Balears.

References

1-Liss, P.S., and Duce, R.A. (eds.), 1997. The sea surface and global

change. Cambridge Univ. Press (UK), 534 p.

2-Williams, P.M., Carlucci, A.F., Henrichs, S.M., van Vleet, E.S.,

Horrigan, S.G., Reid, F.M.H., and Robertson, K.J. 1986. Chemical and

microbiological studies of sea-surface films in the southern Gulf of

California and off the west coast of Baja California. Mar. Chem.,19: 17-

98.

3-Falkowska, L. 2001. 12-hour cycle of matter transformation in the sea

surface microlayer in the offshore waters of the Gdansk Basin (Baltic Sea)

during spring. Oceanologia, 43: 201-222.

4-Kuznetsova, M., and Lee, C. 2001. Enhanced extracellular enzymatic

peptide hydrolisis in the sea-surface microlayer. Mar. Chem.,73: 319-322

Herndl, G.J., Muller-Niklas, G., and Frick, J. 1993. Major role of

ultraviolet-B controlling bacterioplankton growth in the surface layer of

the ocean. Nature, 361: 717-719.

5-Obernosterer, I., Reitner, B., and Herndl, G.J. 1999. Contrasting effects

of solar radiation on dissolved organic matter and its bioavailability to

marine bacterioplankton. Limnol. Oceanogr.,44: 1645-1654.

Fig. 1. Diel dynamics of the specific production of bacteria in the surface

microlayer (circles) and the underlying water layer (squares) during (a)

the first (29-30 Sept.) and (b) the second diel cycle (4-5 Oct.) of

sampling.