Потеря азота на песчаных берегах: Большое влияние крошечных бескислородных карманов

Человеческая деятельность, такая как сельское хозяйство, резко увеличила поступление азота в прибрежные моря. Микроорганизмы удаляют большую часть этого антропогенного азота в прибрежных песках через процесс денитрификации. Денитрификация обычно происходит только в отсутствие кислорода. Однако наблюдения показывают, что она также происходит в оксигенированных песках, посредством неизвестного до сих пор механизма.

Ученые из Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене (Германия) выяснили, как это происходит: скопления микробов, неравномерно распределенные на поверхности песчинок, потребляют весь кислород вокруг себя, создавая бескислородные микроокружения, в которых другие микробы могут осуществлять денитрификацию. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Большие эффекты крошечных структур

Ученые использовали метод микрофлюидной визуализации, который позволил им увидеть разнообразное и неравномерное распределение микробов и динамику кислорода в чрезвычайно малых масштабах. «Десятки тысяч микроорганизмов живут на одной песчинке. Мы смогли различить потребляющие и производящие кислород микробные колонии, расположенные в микрометрах друг от друга», — объясняет Фарук Муин Джалалуддин.

Ученые показали, что некоторые микробы потребляют больше кислорода, чем поступает из окружающей поровой воды. Таким образом, на поверхности песчинок образуются бескислородные карманы, невидимые для обычных методов. Однако их эффект значителен: «Наши оценки, основанные на модельных симуляциях, показывают, что анаэробная денитрификация в этих бескислородных карманах может составлять до одной трети от общей денитрификации в оксигенированных песках», — говорит Джалалуддин.

Глобальная важность как стока антропогенного азота

Проницаемые пески покрывают примерно половину континентальных шельфов планеты, что делает их очень важной средой обитания. Ученые также рассчитали, насколько значима эта новая форма удаления азота в крошечных бескислородных карманах на песчинках в глобальном масштабе.

«Мы обнаружили, что эти бескислородные микроокружения могут составлять до одной трети от общей потери азота в силикатных шельфовых песках», — говорит соавтор Серен Аммеркамп. «Следовательно, эта денитрификация является существенным стоком для антропогенного азота, поступающего в океаны».