Мир абиссали: Последняя terra incognita поверхности Земли

Дно глубокого океана — наименее изученная экосистема планеты, несмотря на то что оно покрывает более 60% поверхности Земли. Во многом неизвестная жизнь в абиссальных осадках, от донных животных до микробов, помогает перерабатывать и/или захоранивать опускающееся (не)органическое вещество, происходящее от пелагических сообществ, которые численно доминируют микроскопическим планктоном. Таким образом, бентические экосистемы лежат в основе двух важнейших экосистемных услуг планетарного масштаба: здорового функционирования океанических пищевых сетей и захоронения углерода в геологических масштабах времени, которые являются критическими регуляторами климата Земли.

Исследователи из Норвежского исследовательского центра (NORCE), Центра климатических исследований Беркнеса, Женевского университета, а также из CNRS/Genoscope и IFREMER во Франции провели массовое секвенирование эукариотической ДНК, содержащейся в глубоководных осадках из всех основных океанических бассейнов, и сравнили эти новые данные с существующими глобальными наборами данных о планктоне из освещённой солнцем и тёмной толщи воды, полученными в ходе кругосветных экспедиций Tara Oceans и Malaspina. Это даёт первое единое представление о полном биоразнообразии эукариот в океане — от поверхности до донных осадков, — позволяя впервые решать морские экологические вопросы в глобальном масштабе и в трёхмерном пространстве океана, что представляет собой крупный шаг к «экологии Единого океана».

«Почти 1700 образцов и два миллиарда последовательностей ДНК от поверхности до дна океана по всему миру — высокопроизводительная экологическая геномика значительно расширяет наши возможности по изучению и пониманию глубоководного биоразнообразия, его связи с вышележащими водными массами и с глобальным углеродным циклом», — говорит Тристан Кордье, исследователь из NORCE и Центра климатических исследований Беркнеса, Норвегия, ведущий автор исследования.

Что живёт в этой тёмной и враждебной среде?

Сравнив последовательности ДНК из осадков с таковыми из пелагической среды, удалось отличить аутохтонные донные организмы от опускающегося планктона, достигшего морского дна из вышележащей толщи воды. Результаты показывают, что это бентическое биоразнообразие может быть в три раза больше, чем в водных массах выше; и это разнообразие состоит из очень разных таксономических групп, которые в основном неизвестны.

«Мы сравнили наши глубоководные бентические последовательности ДНК со всеми доступными референсными последовательностями для известных эукариот. Наши данные указывают, что почти две трети этого бентического разнообразия не могут быть отнесены ни к одной известной группе, что выявляет крупный пробел в наших знаниях о морском биоразнообразии», — говорит Ян Павловски, профессор кафедры генетики и эволюции Женевского университета и Института океанологии Польской академии наук в Сопоте.

Что может рассказать ДНК планктона в глубоководных осадках?

Анализ обилия и состава ДНК планктона в глубоководных осадках подтвердил, что полярные регионы являются «горячими точками» секвестрации углерода. Более того, состав ДНК планктона в осадках позволяет прогнозировать изменения силы биологического насоса — экосистемного процесса, который переносит атмосферный углекислый газ в глубины океана, регулируя тем самым глобальный климат.

«Впервые мы можем понять, какие члены планктонных сообществ вносят наибольший вклад в биологический насос — возможно, самый фундаментальный экосистемный процесс в океанах», — говорит Коломбан де Варгас, исследователь CNRS в Роскофе, Франция.

Как глобальные изменения повлияют на глубоководье?

Этот геномный набор данных представляет собой первый последовательный «снимок» всего эукариотического разнообразия в современном океане. Он даёт уникальную возможность реконструировать древние океаны по ДНК, содержащейся в кумулятивной летописи осадков, и оценить, как климат влиял на планктонные и бентические сообщества в прошлом.

«Наши данные позволят не только решать глобальные вопросы о биоразнообразии, биогеографии и связанности морских эукариот. Они также могут служить основой для реконструкции прошлого функционирования биологического насоса по древним архивным данным осадочной ДНК. Это, в свою очередь, даст информацию о его будущей силе в более тёплом океане, что является ключевым для моделирования будущего углеродного цикла в условиях изменения климата», — поясняет Тристан Кордье.

«Наше исследование дополнительно демонстрирует, что изучение глубоководного биоразнообразия имеет первостепенное значение. Огромное количество неизвестных организмов населяет донные осадки и, должно быть, играет фундаментальную роль в экологических и биогеохимических процессах. Лучшее знание этого богатого разнообразия крайне важно, если мы хотим защитить эти обширные, относительно нетронутые экосистемы от воздействия возможных будущих вторжений человека и понять влияние на них изменения климата», — заключает Эндрю Дж. Гудэй, заслуженный сотрудник Национального океанографического центра в Саутгемптоне, также участвовавший в исследовании.

Исследование опубликовано в Science Advances.