Потепление океана угрожает микробу, производящему почти треть кислорода на Земле

Фото из открытых источников

Земля не была бы таким живым местом без фотосинтеза, который использует солнечную энергию для питания большей части пищевых цепей планеты.

Эту функцию выполняют разнообразные растения, водоросли и цианобактерии, но мало кто справляется с ней так, как прохлорококк, считающийся самым распространённым фотосинтезирующим организмом на Земле. Этот крошечный даже для цианобактерий морской микроб оказывает огромное влияние как в своей среде обитания, так и за её пределами, обеспечивая почти треть производства кислорода на планете и формируя важнейшую основу пищевых цепей.

Однако, согласно новому исследованию, Prochlorococcus и его многочисленные бенефициары могут оказаться более уязвимыми к повышению температуры океана, чем считалось ранее. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Прохлорококки широко распространены, обитая более чем в 75% поверхностных вод, освещаемых солнцем. Они наиболее распространены в тропиках и прилегающих к ним районах, где они хорошо приспособлены к тёплым условиям с низким содержанием питательных веществ.

«Вдали от берега, в тропиках, вода имеет такой яркий, красивый голубой цвет, потому что в ней очень мало живых организмов, за исключением Prochlorococcus», — говорит ведущий автор исследования Франсуа Рибалет из Вашингтонского университета.

Учитывая эту привязанность к теплу, некоторые эксперты полагают, что Prochlorococcus может преуспеть в условиях продолжающегося повышения температуры океана из-за сжигания ископаемого топлива и потери поглотителей углерода.

Однако новое исследование вызывает сомнения, предполагая, что более высокая температура не всегда означает более высокую температуру для Prochlorococcus.

Авторы сообщают, что идеальный диапазон составляет от 19 до 28 градусов Цельсия, отмечая, что, по прогнозам, многие тропические и субтропические воды превысят этот верхний предел в течение 75 лет.

«Долгое время ученые думали, что Prochlorococcus будет прекрасно себя чувствовать в будущем, но в самых теплых регионах дела у них идут не так хорошо, а это значит, что углерода, а значит, и пищи для остальной части морской пищевой цепи станет меньше», — говорит Рибалет.

Существующие данные об этих микробах были получены в основном из клеток, выращенных в лабораторных условиях, поэтому Рибале и его коллеги искали новые данные о диком Prochlorococcus в их среде.

«У меня были самые простые вопросы, — говорит Рибалет. — Радуются ли они теплу? Или не рады теплу?»

Чтобы найти ответы, исследователи проанализировали 800 миллиардов клеток размером с Prochlorococcus, с которыми они столкнулись в ходе 90 исследовательских экспедиций, продолжавшихся 13 лет.

Они сделали это с помощью проточного цитометра, разработанного совместно с Рибалетом и предназначенного специально для обнаружения мельчайших частиц фитопланктона, таких как Prochlorococcus.

Исследователи измерили количество микробов с помощью лазера, установленного на борту судна, а затем применили статистическую модель, основанную на общепринятых методах оценки роста Prochlorococcus, и все это с минимальным беспокойством для подопытных.

Скорость деления клеток различалась в зависимости от широты, что авторы связывали с изменениями температуры воды, а не с солнечным светом или питательными веществами.

Микробы лучше всего себя чувствовали в относительно теплой воде, при температуре от 19 до 28 °C, но при температуре выше этого диапазона испытывали удивительные трудности.

Деление клеток замедлялось до минимума в воде с температурой выше 30 °C, составляя одну треть от скорости, зафиксированной в воде с нижней границей диапазона их переносимости.

«Их температура выгорания оказалась гораздо ниже, чем мы предполагали», — говорит Рибалет.

Тропические моря бедны питательными веществами из-за своей теплоты, что ограничивает круговорот питательных веществ из глубинных вод. Прохлорококки и другие цианобактерии адаптировались несколькими способами, включая небольшой размер и скудный геном, в котором осталось только самое необходимое.

Несмотря на преимущества избавления от лишнего багажа, это могло стоить микробам древних генов, связанных с реакцией на стресс, что теперь потенциально ограничивает их устойчивость перед лицом быстро растущих температур.

Это может открыть двери для Synechococcus, другой группы цианобактерий, доминирующей в тропиках и субтропиках вместе с Prochlorococcus.

Синекококк может переносить более тёплую воду, но ему требуется больше питательных веществ. Однако, если он и воспользуется будущим сокращением популяции прохлорококка , мы не знаем, как это повлияет на пищевые цепи.

«Если Synechococcus возьмет верх, то нет гарантии, что другие организмы смогут взаимодействовать с ним так же, как они взаимодействовали с Prochlorococcus на протяжении миллионов лет», — говорит Рибалет.

Исследование предполагает, что к концу этого столетия продуктивность прохлорококка может снизиться на 17% в тропиках при умеренном потеплении и на 51% при более сильном потеплении. В глобальном масштабе она может снизиться на 10% при умеренном потеплении и на 37% при более экстремальном.

«Их ареал будет расширяться к полюсам, на север и юг», — говорит Рибалет. «Они не исчезнут, но их среда обитания изменится».

Авторы отмечают, что исследование имеет ограничения, в том числе методологию, которая может скрывать редкие термоустойчивые штаммы. Хотя данные охватывают различные океанические регионы, многие важные тропические зоны всё ещё остаются неучтёнными.

«Это простейшее объяснение имеющихся у нас данных», — говорит Рибалет. «Если появятся новые свидетельства существования термоустойчивых штаммов, мы будем рады такому открытию. Оно даст надежду этим критически важным организмам».