Mass production of plastics started nearly 70 years ago and the production rate is expected to double over the next two decades. While serving many applications because of their durability, stability and low cost, plastics have deleterious effects on the environment. Plastic is known to release a variety of chemicals during degradation, which has a negative impact on biota. Here, we show that the most commonly used plastics produce two greenhouse gases, methane and ethylene, when exposed to ambient solar radiation. Polyethylene, which is the most produced and discarded synthetic polymer globally, is the most prolific emitter of both gases. We demonstrate that the production of trace gases from virgin low-density polyethylene increase with time, with rates at the end of a 212-day incubation of 5.8 nmol g-1 d-1 of methane, 14.5 nmol g-1 d-1 of ethylene, 3.9 nmol g-1 d-1 of ethane and 9.7 nmol g-1 d-1 of propylene. Environmentally aged plastics incubated in water for at least 152 days also produced hydrocarbon gases. In addition, low-density polyethylene emits these gases when incubated in air at rates ~2 times and ~76 times higher than when incubated in water for methane and ethylene, respectively. Our results show that plastics represent a heretofore unrecognized source of climate-relevant trace gases that are expected to increase as more plastic is produced and accumulated in the environment.

Abstract Sunlight drives daily rhythms of photosynthesis, growth, and division of photoautotrophs throughout the surface oceans. However, the cascading impacts of oscillatory light input on diverse microbial communities and community-scale metabolism remains unclear. Here we use an unsupervised machine learning approach to show that a small number of diel archetypes can explain pervasive periodic dynamics amongst more than 65,000 distinct time series, including transcriptional activity, macromolecules, lipids, and metabolites from the North Pacific Subtropical Gyre. Overall, we find evidence for synchronous timing of carbon-cycle gene expression that underlie daily oscillations in the concentrations of particulate organic carbon. In contrast, we find evidence of asynchronous timing in gene transcription related to nitrogen metabolism and related metabolic processes consistent with temporal niche partitioning amongst microorganisms in the bacterial and eukaryotic domains.

Abstract Photosynthesis fuels primary production at the base of marine food webs. Yet, in many surface ocean ecosystems, diel-driven primary production is tightly coupled to daily loss. This tight coupling raises the question: which top-down drivers predominate in maintaining persistently stable picocyanobacterial populations over longer time scales? Motivated by high-frequency surface water measurements taken in the North Pacific Subtropical Gyre (NPSG), we developed multitrophic models to investigate bottom-up and top-down mechanisms underlying the balanced control of Prochlorococcus populations. We find that incorporating photosynthetic growth with viral- and predator-induced mortality is sufficient to recapitulate daily oscillations of Prochlorococcus abundances with baseline community abundances. In doing so, we infer that grazers function as the primary top-down factor despite high standing viral particle densities while identifying the potential for light-dependent viral traits and non-canonical loss factors to shape the structure and function of marine microbial communities.

1. Abstract Mesoscale eddies have been shown to support elevated dinitrogen (N 2 ) fixation rates (NFRs) and abundances of N 2 -fixing microorganisms (diazotrophs), but the mechanisms underlying these observations are not well understood. We explored relationships among NFRs and cyanobacterial diazotroph abundances in eddy pairs of opposite polarity sampled in the North Pacific Subtropical Gyre and compared our observations to seasonal trends from the Hawaii Ocean Time-series (HOT) program. Consistent with previous reports, we found that NFRs were anomalously high for this region (up to 3.7-fold above previous monthly HOT observations) in the centers of the sampled anticyclones, coinciding with elevated abundances of Crocosphaera in the summertime. We then coupled our field-based observations, together with transcriptomic analyses of nutrient stress marker genes and ecological models, to evaluate potential mechanisms controlling diazotroph abundance and activity at the mesoscale. Specifically, we evaluated the role of biological (via estimates of growth and grazing rates) and physical controls on populations of Crocosphaera , Trichodesmium, and diatom symbionts. Our results suggest that increased Crocosphaera abundances associated with summertime anticyclones resulted from the alleviation of phosphate limitation, allowing cells to grow at rates exceeding grazing losses. In contrast, distributions of larger, buoyant taxa ( Trichodesmium and diatom symbionts) appeared less affected by eddy-driven biological controls. Instead, they appeared driven by physical dynamics along frontal boundaries that separate cyclonic and anticyclonic eddies. Together, the interplay of eddy-specific changes in bottom-up control, top-down control, and the physical accumulation of cells likely explains the elevated diazotroph abundances and NFRs associated with anticyclones and eddy fronts.