Потепление океана может усилить роль крошечного микроба, контролирующего морские питательные вещества

Повышение температуры океанов, вызванное изменением климата и морскими тепловыми волнами, может существенно изменить баланс морских экосистем. Однако новое исследование показало неожиданную способность одного из ключевых океанических микроорганизмов адаптироваться к изменяющимся условиям. Речь идет о микробе Nitrosopumilus maritimus, который играет важную роль в круговороте азота и поддержании продуктивности океанов.

Учёные обнаружили, что этот микроорганизм способен приспосабливаться к более тёплой воде и дефициту железа, используя этот важный элемент гораздо эффективнее. Благодаря такой адаптивности он может продолжать выполнять важнейшие химические реакции, поддерживающие морскую жизнь. Более того, в условиях глобального потепления его роль в океанических экосистемах может даже усилиться.

Исследование было проведено группой учёных под руководством специалистов из University of Illinois Urbana-Champaign и опубликовано в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Микробы, управляющие питательными циклами океана

Микроорганизм Nitrosopumilus maritimus относится к археям — древней группе одноклеточных организмов. Вместе с близкими родственными видами эти микробы составляют около 30% морского микробного планктона.

Учёные считают их крайне важными для функционирования океанической экосистемы. Эти микроорганизмы выполняют процесс окисления аммиака, который является ключевым этапом азотного цикла в океане.

В ходе этого процесса азот преобразуется в различные химические формы, что регулирует рост микробного планктона. Именно планктон лежит в основе всей морской пищевой цепи — от микроскопических организмов до крупных рыб и морских млекопитающих. Таким образом, активность аммиак-окисляющих архей напрямую влияет на биологическое разнообразие океана.

Потепление глубин океана

До недавнего времени считалось, что глубокие слои океана относительно защищены от потепления поверхности. Однако современные исследования показывают, что повышение температуры может проникать на глубину до 1000 метров и более.

По словам профессора микробиологии Университета Иллинойса Вэй Цинь, такие изменения могут влиять на то, как морские микроорганизмы используют железо — металл, который играет важную роль в их жизнедеятельности.

Железо является одним из ключевых микроэлементов, необходимых для многих биохимических реакций в океане. Однако его концентрация в морской воде часто крайне низка, особенно в глубоких водах.

Эксперименты показали неожиданную адаптацию

Чтобы изучить реакцию микроорганизмов на изменения среды, исследовательская группа провела серию лабораторных экспериментов. Учёные выращивали культуры Nitrosopumilus maritimus при разных температурах и уровнях содержания железа, тщательно контролируя условия эксперимента.

Результаты оказались неожиданными. При повышении температуры и недостатке железа микробы начали использовать этот элемент более эффективно и даже требовали его меньшего количества.

Это означает, что микроорганизмы способны перестраивать свой метаболизм, адаптируясь одновременно к двум стрессовым факторам — потеплению воды и нехватке микроэлементов.

Возможные изменения океанической химии

Чтобы понять, как такие процессы могут повлиять на глобальную экосистему, учёные использовали биогеохимические модели океана. Моделирование показало, что в условиях потепления археи глубокого океана могут сохранить или даже усилить свою роль в азотном цикле.

Это особенно важно для огромных регионов океана, где содержание железа ограничено. В таких областях деятельность этих микробов может поддерживать первичную продуктивность океанических экосистем и обеспечивать устойчивость морской пищевой цепи.

Новая научная экспедиция

Чтобы проверить лабораторные результаты в естественной среде, исследователи готовят масштабную научную экспедицию. Летом учёные отправятся на исследовательском судне Sikuliaq из Сиэтла в залив Аляска, а затем в субтропический океанический круговорот с остановкой на Гавайях.

В экспедиции примут участие около двадцати специалистов, которые будут изучать естественные популяции архей в океане. Их задача — определить, как изменения температуры и доступности металлов влияют на активность микроорганизмов в реальных условиях.

Учёные надеются, что результаты этих исследований помогут лучше понять, как океанические экосистемы будут реагировать на изменение климата в ближайшие десятилетия.