Крошечные океанические бактерии могут переносить огромное количество углерода

Фото из открытых источников

Пикоцианобактерии способны слипаться и опускаться на дно, перенося удивительно большое количество углерода из поверхностных вод в глубины океана. Результаты исследования опубликованы в ISME Journal.

Некоторые из мельчайших живых организмов в море, возможно, перемещают удивительно большое количество углерода вниз. Крошечные фотосинтезирующие бактерии плавают у поверхности, слишком маленькие, чтобы самостоятельно опуститься на дно.

Новое исследование показывает, что, слипаясь в комки, они могут оседать, унося с собой углерод. Работу проводило отделение экологии, охраны окружающей среды и растениеводства Стокгольмского университета. Исследователи сотрудничали с Морской экологической лабораторией и изучали Балтийское море.

Растительный планктон океана, называемый фитопланктоном, поглощает углекислый газ посредством фотосинтеза. На их долю приходится примерно половина всего фотосинтеза на Земле. Когда их биомасса опускается в более глубокие воды, углерод уносится вместе с ней вниз.

Ученые называют это биологическим насосом, и он помогает регулировать количество CO2 в атмосфере. У тонущего планктона есть и обратная сторона. В процессе разложения он потребляет кислород, что приводит к дефициту кислорода в придонных водах прибрежных морей, таких как Балтийское море.

К числу самых мелких и распространенных представителей фитопланктона относятся пикоцианобактерии. Каждая клетка имеет диаметр менее двух микрометров, что составляет крошечную долю ширины волоса.  Клетки такого размера вряд ли смогут хорошо опускаться на дно. Однако более ранние исследования показали, что эти организмы вносят значительный вклад в экспорт углерода. Никто не знал, как. Как что-то такое лёгкое могло оказаться на глубине?

Чтобы это выяснить, команда провела измерения количества пикоцианобактерий в Балтийском море весной и летом. Они отбирали пробы поверхностной воды, а также воды на глубине 25 и 75 метров. Они также установили ловушки для осадочных пород ниже освещенного солнцем поверхностного слоя. Эти устройства улавливают частицы по мере их погружения.

Затем исследователи объединили несколько методов. Они использовали микроскопию и проточную цитометрию, а также генетический анализ образцов воды и материала в ловушках. Ключевым этапом была сортировка частиц по размеру. Более крупные частицы задерживались на первом фильтре, а самые мелкие клетки проходили через второй фильтр. Затем были секвенированы обе группы.

Пикоцианобактерии составляли значительную часть планктонного сообщества. Их вклад в оседающую биомассу примерно соответствовал их распространенности на поверхности.  Однако команда также обнаружила важные различия между штаммами одного рода, Synechococcus. 

Некоторые штаммы чаще встречались в более крупной фракции. Они также чаще обнаруживались в ловушках для осадка. Это говорит о том, что они с большей вероятностью образовывали колонии или скопления, а затем опускались на дно. Склонность штамма к агрегации сильно влияла на то, сколько его поднималось на поверхность.

«В этом исследовании мы показали, что свойства агрегации in situ различаются у разных штаммов пикоцианобактерий, и что степень агрегации напрямую определяет масштабы экспорта», — сказал ведущий автор Мартин Экман из Стокгольмского университета. «Учитывая, что ожидается увеличение численности пикофитопланктона в более теплом и бедном питательными веществами (стратифицированном) океане, понимание механизмов, позволяющих экспортировать его биомассу в глубины океана, важно для прогнозирования будущих уровней CO2 в атмосфере».

Исследование также выявило сезонные закономерности. Колониеобразующие штаммы и преимущественно одноклеточные штаммы достигали пика численности в разное время года. Таким образом, способность к агрегации может быть важной экологической характеристикой. Она может влиять на то, как каждый штамм справляется с изменением условий.

Это важно для будущего. Ожидается, что пикофитопланктон будет процветать в более теплых, слоистых и бедных питательными веществами океанах. Ожидается, что подобные условия будут распространяться всё шире по мере потепления океана. Если эти крошечные ячейки станут более распространенными, то то, как они переносят углерод вниз, приобретет большее значение для климата.

Исследование проводилось в Ландсортской впадине Балтийского моря, где мониторинг ведется уже более 30 лет. Длительный период наблюдений позволил команде сопоставить полученные результаты с долгосрочными тенденциями.

«Важной частью работы стала возможность убедиться в соответствии наших результатов долгосрочным тенденциям, выявленным на основе данных мониторинга MEL. Эти наборы данных являются бесценным ресурсом, особенно в контексте изменения климата», — сказала соавтор профессор Рейчел Фостер также из Стокгольма. «Мы с нетерпением ждём возможности изучить новые регионы океана в поисках аналогичных тенденций».

Исследователи предлагают проверить, происходит ли подобное скопление в других местах. Любой регион с большим количеством пикофитопланктона может быть подходящим кандидатом, включая открытый океан. Если это так, ученым, возможно, придется пересмотреть количество углерода, которое мельчайшие планктонные организмы океана переносят в глубины.