Запасы углерода в океане зависят от пищевых предпочтений микробов

Перемещение углекислого газа (CO 2 ) с поверхности океана, где он находится в активном контакте с атмосферой, в глубинные слои океана, где он может изолироваться на десятилетия, столетия или дольше, зависит от ряда, казалось бы, незначительных процессов.

Согласно статье, опубликованной в журнале  Science, одним из таких ключевых микромасштабных процессов являются пищевые предпочтения бактерий, которые питаются органическими молекулами, называемыми липидами.

«В нашем исследовании мы обнаружили невероятные различия в том, что различные микробы предпочитают переваривать. Бактерии, по-видимому, имеют очень разные предпочтения в диете для разных липидных молекул. Это имеет реальные последствия для понимания секвестрации углерода и биологического углеродного насоса», — сказал соавтор журнальной статьи  Бенджамин Ван Муй, старший научный сотрудник отдела морской химии и геохимии в Океанографическом институте Вудс-Хоул (WHOI). «В этом исследовании использовались самые современные методы для связи молекулярного состава тонущей биомассы с ее скоростью деградации, которую мы смогли связать с диетическими предпочтениями бактерий».  Биологический углеродный насос — это процесс, в котором биомасса опускается с поверхности океана в глубины океана.

Около 5–30 % поверхностного океанического органического вещества состоит из липидов, которые представляют собой богатые углеродом биомолекулы жирных кислот, которые микробы используют для хранения энергии и клеточных функций. По мере того, как органическое вещество погружается в глубокое море, разнообразные сообщества резидентных микробов деградируют и используют липиды, оказывая важный контроль над глобальной концентрацией CO2. Понимание этого процесса имеет жизненно важное значение для улучшения нашей способности прогнозировать глобальные потоки углерода в меняющихся режимах океана. Географические области, где больше липидов достигают глубин океана недеградированными, могут быть горячими точками для естественной секвестрации углерода.

«Бактерии, выделенные из морских частиц, продемонстрировали различные пищевые предпочтения, варьирующиеся от избирательных до беспорядочных деградаторов», — говорится в статье. «Используя синтетические сообщества, состоящие из изолятов с различными пищевыми предпочтениями, мы показали, что деградация липидов модулируется микробными взаимодействиями. Модель экспорта частиц, включающая эту динамику, показывает, что метаболическая специализация и динамика сообщества могут влиять на эффективность транспорта липидов в мезопелагиальной зоне океана». Мезопелагическая зона простирается примерно на 200–1000 метров ниже поверхности океана.

«Я был взволнован, увидев, как много можно узнать о функционировании океана, объединив две технологии — высокотехнологичный химический анализ и микромасштабную визуализацию, — которые исторически никогда не использовались вместе», — сказал соавтор исследования Роман Штокер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, Швейцария. «Я считаю, что работа на стыке захватывающих технологий, которые у нас сейчас есть в микробной океанографии, продолжит давать важные знания о том, как микробы формируют наши океаны, сейчас и в будущем».

«Ученые начинают понимать, что липиды в океане могут значительно различаться в зависимости от различных условий, таких как побережье или открытый океан, а также от сезона», — сказал Ван Муй. «С этой информацией исследователи могут начать рассматривать, есть ли в океане места, где липиды тонут и очень эффективно изолируются, в то время как могут быть другие места, где липиды почти не изолируются или изолируются очень неэффективно».

«Что меня волнует в этой статье, так это то, что она показывает, что бактерии не просто едят любой тип липидов, но и очень специализированы и, как и мы, имеют определенные пищевые предпочтения», — сказал соавтор статьи  Ларс Берендт из Университета Уппсалы, Швеция. «Это меняет наше представление о том, как микроорганизмы потребляют пищу в своей естественной среде и как они могут помогать друг другу или конкурировать за один и тот же ресурс. Это также подтверждает идею о том, что комбинации бактерий лучше расщепляют определенные соединения, включая липиды, или для достижения других желаемых функций».

Помимо изучения конкретных видов бактерий в изоляции, исследователи также рассмотрели, как предпочтения в питании влияют на скорость деградации многовидовыми сообществами бактерий, что, по их словам, экологически более значимо, чем виды в изоляции. Исследователи обнаружили, что простые синтетические сокультуры демонстрируют разные скорости деградации и время задержки по сравнению с монокультурами. Исследователи также отметили, что деградация твердых органических веществ в естественной среде еще сложнее, чем описано в исследовании.

«Фитопланктон — главная причина, по которой океан является одним из крупнейших поглотителей углерода. Эти микроскопические организмы играют огромную роль в мировом углеродном цикле, поглощая примерно столько же углерода, сколько все растения на суше вместе взятые», — сказал соавтор исследования Урия Альколомбри из Еврейского университета в Иерусалиме, Израиль. «Удивительно, что мы можем изучать крошечные микробные процессы под микроскопом, одновременно раскрывая биологические факторы, которые регулируют эту огромную «пищеварительную систему» океана».