Недавние исследования, посвящённые микробам, связывающим углерод, показывают, что нам ещё многое предстоит узнать о биологическом углеродном насосе океана.
Океан играет решающую роль в связывании углерода. Фитопланктон, обитающий на тёплой, наполненной светом поверхности, при питании захватывает углекислый газ из атмосферы. Ему также нужны питательные вещества, такие как фосфор и азот, из более холодной, тяжёлой и солёной воды, которая поднимается в более тёплые слои. Когда фитопланктон умирает, он тонет, возвращая в глубины океана часть углерода и других поглощаемых питательных веществ.
Ключом к этому циклическому процессу, известному как биологический углеродный насос океана, является вертикальное перемешивание поверхностных и более глубоких слоёв воды, происходящее с помощью таких механизмов, как течения, ветры и приливы. Однако, поскольку более высокие температуры океана вызывают большее расслоение, традиционные научные модели уже давно предсказывают, что по мере нагревания планеты этот процесс будет нарушен, фитопланктон не сможет процветать, а океан будет поглощать меньше углерода.
Два недавних исследования показали ограничения таких моделей. В одном из них обнаружены доказательства того, что фитопланктон может стать более эффективным по мере нагревания океана. В другом сообщалось об открытии нового, широко распространённого вида океанических микробов, также способных улавливать углерод.
«Мы часто рассматриваем реакцию круговорота углерода в океане на глобальное потепление как включение-выключение, но эти результаты показывают, что это переключатель, обладающий некоторой гибкостью, чтобы позаботиться о себе», — сказал Майк Ломас (Mike Lomas), старший научный сотрудник в Лаборатории наук об океане Бигелоу в штате Мэн и ведущий автор первого исследования, опубликованного в Nature Communications.
Лучшие методы на горизонте
Ломас и его коллеги проанализировали данные Саргассова моря - 30-летние временные ряды Бермудских островов в Атлантическом океане (в рамках этого исследования ежемесячно производится отбор проб океана с 1988 года для изучения питательных веществ, углерода, солёности, температуры и других свойств океанской воды). Ломас и его соавторы обнаружили, что, хотя из глубин океана поднимается меньше питательных веществ, фитопланктон по-прежнему поглощает углерод из атмосферы. Они предположили, что одной из причин этого явления может быть то, что распределение фитопланктона благоприятствует тем видам, которым требуется меньше питательных веществ из глубин океана.
По словам Ломаса, одним из ключевых моментов статьи является идея о том, что соотношение углерода к азоту и фосфору в фитопланктоне (известное как коэффициент Редфилда), используемое в традиционных моделях изменения климата, может быть не применимо к определённым видам фитопланктона. Некоторые виды, сказал Ломас, «на самом деле могут продолжать фиксировать углерод в соотношении, которое теперь в два или три раза выше, чем коэффициент Редфилда, что в основном означает, что они всё ещё способны поглощать углекислый газ, даже когда уменьшено потребление азота и фосфора, поэтому это соотношение намного выше».
Стивен Эмерсон (Steven Emerson), почётный профессор химической океанографии Вашингтонского университета, не участвовавший в исследовании, говорит, что сбор данных в рамках исследования временных рядов Бермудских островов в Атлантическом океане был замечательным и важным. Однако, по его словам, станция использует более старый метод, известный как метод ловушки для отложений, для измерения потока углеродных частиц (скорости, с которой углерод опускается в глубины океана). «Известно, что данный конкретный метод (ловушка для отложений) не имеет смысла для определения этого потока, если сравнивать его с другими методами», — сказал Эмерсон.
По словам Эмерсона, существуют более новые и надёжные методы измерения потока углеродных частиц в океане с использованием мощных оптических приборов, которые устанавливаются на поплавки и могут измерять частицы с большей чувствительностью каждые пять дней. Поплавки «очень скоро будут по всему океану», сказал он. «И они, помогут проверить, действительно ли этот поток отстойников (в статье Ломаса) верен… Так что, вы знаете, продолжение следует».
Новый океанический микроб ловит свою жертву
В другом исследовании, также опубликованном в Nature Communications, Мартина Доблин (Martina Doblin), океанограф из Технологического университета Сиднея в Австралии, и её коллеги описали морские микробы, называемые Prorocentrum cf. balticum. Этот вид является миксотрофом, это означает, что он может осуществлять фотосинтез, как фитопланктон, но он также может потреблять другие микробы, что позволяет ему жить в более глубоких слоях океана. Более того, Prorocentrum cf. balticum использует углерод, полученный в результате фотосинтеза, для создания структуры из слизи, которую исследователи назвали «мукосферой», химически привлекающей и захватывающей другие микробы, некоторые из которых Prorocentrum cf. balticum затем потребляет. «Он берёт похожий на соломинку придаток и высасывает внутренности этих микробов, оказавшихся в ловушке», — сказала Доблин. — А потом отпускает. По её словам, внутри слизистой оболочки находятся различные микробы (и углерод), и, поскольку слизистая оболочка имеет «отрицательную плавучесть», она тонет.
Доблин сказала, что исследование началось с предположения, что если океан станет более непредсказуемым, то он может благоприятствовать миксотрофам. Она и её команда взяли пробу океанской воды на океанографической станции, расположенной в 30 км к юго-востоку от Сиднея. Микаэла Ларссон (Michaela Larsson), постдокторант в лаборатории Доблин, затем поместила образец в условия низкой освещённости, чтобы любым микробам для выживания требовалось нечто большее, чем фотосинтез.
Через неделю, по словам Доблин, Ларссон заметила, что у них в изобилии один вид организмов, и она начала кормить их разными видами пищи и подвергать разным условиям освещения. Команда сопоставила ДНК существа с образцами из проекта Tara Oceans, в рамках которого междисциплинарная группа учёных совершила кругосветное плавание и взяла образцы океанских микробов в 210 различных местах.
Доступ к этим данным, по словам Доблин, позволил её команде показать, что их открытие было важным. «Это позволило нам надёжно установить, что этот организм действительно довольно многочислен и широко распространён».
Ссылка: https://eos.org/articles/the-ocean-is-still-sucking-up-carbon-maybe-more-than-we-think
