An important aspect of the global problem of plastic debris pollution is plastic buoyancy. There is some evidence that buoyancy is influenced by attached biofilms but as yet this is poorly understood. We submerged polyethylene plastic in seawater and sampled weekly for 3 weeks in order to study early stage processes. Microbial biofilms developed rapidly on the plastic and coincided with significant changes in the physicochemical properties of the plastic. Submerged plastic became less hydrophobic and more neutrally buoyant during the experiment. Bacteria readily colonised the plastic but there was no indication that plastic-degrading microorganisms were present. This study contributes to improved understanding of the fate of plastic debris in the marine environment.

The sea surface microlayer (SML) covers more than 70% of the Earth’s surface and is the boundary layer interface between the ocean and the atmosphere. This important biogeochemical and ecological system is critical to a diverse range of Earth system processes, including the synthesis, transformation and cycling of organic material, and the air–sea exchange of gases, particles and aerosols. In this review we discuss the SML paradigm, taking into account physicochemical and biological characteristics that define SML structure and function. These include enrichments in biogenic molecules such as carbohydrates, lipids and proteinaceous material that contribute to organic carbon cycling, distinct microbial assemblages that participate in air–sea gas exchange, the generation of climate-active aerosols and the accumulation of anthropogenic pollutants with potentially serious implications for the health of the ocean. Characteristically large physical, chemical and biological gradients thus separate the SML from the underlying water and the available evidence implies that the SML retains its integrity over wide ranging environmental conditions. In support of this we present previously unpublished time series data on bacterioneuston composition and SML surfactant activity immediately following physical SML disruption; these imply timescales of the order of minutes for the reestablishment of the SML following disruption. A progressive approach to understanding the SML and hence its role in global biogeochemistry can only be achieved by considering as an integrated whole, all the key components of this complex environment.

Despite the huge extent of the ocean's surface, until now relatively little attention has been paid to the sea surface microlayer (SML) as the ultimate interface where heat, momentum and mass exchange between the ocean and the atmosphere takes place. Via the SML, large-scale environmental changes in the ocean such as warming, acidification, deoxygenation and eutrophication potentially influence cloud formation, precipitation and the global radiation balance. Due to the deep connectivity between biological, chemical and physical processes, studies of the SML may reveal multiple sensitivities to global and regional changes. Understanding the processes at the ocean's surface, in particular involving the SML as an important and determinant interface, could therefore provide an essential contribution to the reduction of uncertainties regarding ocean-climate feedbacks. This review identifies gaps in our current knowledge of the SML and highlights a need to develop a holistic and mechanistic understanding of the diverse biological, chemical and physical processes occurring at the ocean-atmosphere interface. We advocate the development of strong interdisciplinary expertise and collaboration in order to bridge between ocean and atmospheric sciences. Although this will pose significant methodological challenges, such an initiative would represent a new role model for interdisciplinary research in Earth System sciences.

ABSTRACT The chytrids (phylum Chytridiomycota) are a major early-diverging fungal lineage of ecological and evolutionary importance. Despite their importance, many fundamental aspects of chytrid developmental and cell biology remain poorly understood. To address these knowledge gaps, we combined quantitative volume electron microscopy and comparative transcriptome profiling to create an ‘atlas’ of the cellular and molecular basis of the chytrid life cycle, using the model chytrid Rhizoclosmatium globosum . From our developmental atlas, we show that zoospores exhibit a specialised biological repertoire dominated by inactive ribosome aggregates, and that lipid processing is complex and dynamic throughout the cell cycle. We demonstrate that the chytrid apophysis is a distinct subcellular structure characterised by high intracellular trafficking, providing evidence for division of labour in the chytrid cell plan, and show that zoosporogenesis includes ‘animal like’ amoeboid cell morphologies resulting from endocytotic cargo transport from the interstitial maternal cytoplasm. Taken together, our results reveal insights into chytrid developmental biology and provide a basis for future investigations into early-diverging fungal cell biology.

Fungi are major components of the Earth’s biosphere [[1][1]], sustaining many critical ecosystem processes [[2][2], [3][3]]. Key to fungal prominence is their characteristic cell biology, our understanding of which has been principally based on ‘higher’ dikaryan hyphal and yeast forms [[4][4]–[6][5]]. The early-diverging Chytridiomycota (chytrids) are ecologically important [[2][2], [7][6], [8][7]] and a significant component of fungal diversity [[9][8]–[11][9]], yet their cell biology remains poorly understood. Unlike dikaryan hyphae, chytrids typically attach to substrates and feed osmotrophically via anucleate rhizoids [[12][10]]. The evolution of fungal hyphae appears to have occurred from lineages exhibiting rhizoidal growth [[13][11]] and it has been hypothesised that a rhizoid-like structure was the precursor to multicellular hyphae and mycelial feeding in fungi [[14][12]]. Here we show in a unicellular chytrid, Rhizoclosmatium globosum , that rhizoid development has equivalent features to dikaryan hyphae and is adaptive to resource availability. Rhizoid morphogenesis exhibits analogous properties with growth in hyphal forms, including tip production, branching and decreasing fractal geometry towards the growing edge, and is controlled by β-glucan-dependent cell wall synthesis and actin polymerisation. Chytrid rhizoids from individual cells also demonstrate adaptive morphological plasticity in response to substrate availability, developing a searching phenotype when carbon starved and exhibiting spatial differentiation when interacting with particulate substrates. Our results show striking similarities between unicellular early-diverging and dikaryan fungi, providing insights into chytrid cell biology, ecological prevalence and fungal evolution. We demonstrate that the sophisticated cell biology and developmental plasticity previously considered characteristic of hyphal fungi are shared more widely across the Kingdom Fungi and therefore could be conserved from their most recent common ancestor. [1]: #ref-1 [2]: #ref-2 [3]: #ref-3 [4]: #ref-4 [5]: #ref-6 [6]: #ref-7 [7]: #ref-8 [8]: #ref-9 [9]: #ref-11 [10]: #ref-12 [11]: #ref-13 [12]: #ref-14

Polymorphic yeasts can switch between unicellular division and multicellular filamentous growth. Although prevalent in aquatic ecosystems, such as the open ocean, we have a limited understanding of the controlling factors on their morphological variation in an aquatic ecology context. Here we show that substrate concentration regulates cell morphogenesis in a cosmopolitan polymorphic yeast,

Abstract Biotic interactions between microbes underpin marine ecosystem health, governing the flux of carbon and other nutrients in the ocean. However, studying aquatic microbial interactions is challenging. Model systems can provide in depth understanding of the mechanisms driving such associations. Yet, insights of the prevalence and co-occurrence dynamics of laboratory model systems in natural ecosystems remain limited. By leveraging 16S and 18S metabarcoding combined with phylogenetic analysis, we assessed the environmental presence of facultative bacterial pathogens of one of the most globally abundant phytoplankton groups, the diatoms. Sampling microbial assemblages in a productive coastal ecosystem over the course of an annual cycle, we detected multiple algicidal bacteria that frequently exhibited overlapping co-occurrences. Together, these bacteria positively correlated with members of the potentially toxic genus Pseudo-nitzchia , as well as temperature. Our study indicates that antagonistic bacteria occupy shared temporal niches and demonstrates the need to consider their cumulative impacts on diatom population health, including in future ocean conditions.

Abstract Fungal biology underpins major processes in ecosystems. The Chytridiomycota (chytrids) is a group of early-diverging fungi, many of which function in ecosystems as saprotrophs processing high molecular weight biopolymers, however the mechanisms underpinning chytrid saprotrophy are poorly understood. Genome sequences from representatives across the group and the use of model chytrids offers the potential to determine new insights into their evolution. In this study, we focused on the biology underpinning chitin saprotrophy, a common ecosystem function of aquatic chytrids. The genomes of chitinophilic chytrids have expanded inventories of glycoside hydrolase genes responsible for chitin processing, complemented with bacteria-like chitin-binding modules (CBMs) that are absent in other chytrids. In the model chitinophilic saprotroph Rhizoclosmatium globosum JEL800, the expanded repertoire of chitinase genes is diverse and almost half were detected as proteins in the secretome when grown with chitin. Predicted models of the secreted chitinases indicate a range of active site sizes and domain configurations. We propose that increased diversity of secreted chitinases is an adaptive strategy that facilitates chitin degradation in the complex heterologous organic matrix of the arthropod exoskeleton. Free swimming R. globosum JEL800 zoospores are chemotactic to the chitin monomer N-acetylglucosamine and accelerate zoospore development when grown with chitin. Our study sheds light on the underpinning biology and evolutionary mechanisms that have supported the saprotrophic niche expansion of some chytrids to utilise lucrative chitin-rich particles in aquatic ecosystems and is a demonstration of the adaptive capability of this successful fungal group.

Abstract Diatoms are globally abundant algae that form extensive blooms in aquatic ecosystems. Certain bacteria behave antagonistically towards diatoms, killing or inhibiting their growth. Despite their crucial implications to diatom health and bloom control, insight of the prevalence and dynamics of antagonistic bacteria in nature is lacking. We report an ecosystem assessment of the diversity and seasonal patterns of bacterial antagonists of diatoms via regular plaque-assay sampling in the Western English Channel (WEC), where diatoms frequently bloom. Unexpectedly, peaks in antagonist detection did not occur during characteristic spring blooms, but coincided with a winter bloom of Coscinodiscus , suggesting bacterial pathogens likely influence distinct diatom host populations. We isolated multiple antagonists, spanning 4 classes and 10 bacterial orders. Many species had no prior reports of pathogenicity towards diatoms, and we verified diatom growth inhibitory effects of 8 isolates. In all cases tested, pathogenicity was activated by pre-exposure to diatom organic matter. Discovery of widespread ‘cryptic’ antagonistic activity evident under specific conditions, indicates that bacterial pathogenicity towards diatoms is more prevalent than previously recognised. Finally, mining Tara Oceans data revealed the global biogeography of WEC antagonists and co-occurrence patterns with diatom hosts. Our study indicates that multiple, diverse antagonistic bacteria have potential to impact diatom growth and bloom dynamics in marine waters globally.