«Фабрика фитопланктона»: от питательных веществ к росту водорослей
Фитопланктон — основа океанических экосистем. Подобно тропическим лесам, он поглощает углерод из атмосферы, формирует базу морской пищевой сети и оказывает решающее влияние на численность рыбы и глобальный климат. Международное исследование с участием Центра океанических исследований им. Гельмгольца GEOMAR в Киле, опубликованное в журнале Science Advances, дает новое представление о сложных биогеохимических процессах в основе морской экосистемы.
Вся жизнь начинается с малого, в том числе и в океане. Микроскопические организмы, фитопланктон, формируют важную основу для всей морской экосистемы, что в конечном итоге определяет развитие рыбных запасов и объем поглощения океаном атмосферного CO2. Таким образом, понимание основ морской экосистемы важно для двух фундаментальных вопросов будущего человечества: питания и климата.
Ученые из Университета Далхаузи, Ливерпульского университета, GEOMAR и Океанографического института Скриппса разработали новую модель для изучения роста фитопланктона в океане. Модель была сопряжена с метапротеомными и экологическими данными, что позволило точно прогнозировать, например, скорость роста фитопланктона в Южном океане.
«Рост фитопланктона можно сравнить с промышленным производством на фабрике: материалы поступают на фабрику и обрабатываются на сборочных линиях, создавая конечный продукт», — объясняет Скотт Маккейн, ведущий автор исследования и аспирант кафедры биологии Университета Далхаузи. Применительно к фитопланктону это означает вопрос о том, как они могут расти быстрее.
«В рамках исследования мы обнаружили, что фитопланктон перестраивает свои "клеточные сборочные линии", чтобы сделать это», — пояснил профессор д-р Эрик Ахтерберг, соавтор исследования из GEOMAR. «Нас интересовал не объем доступных питательных веществ, включая железо и марганец, важных для роста фитопланктона, а вопрос о том, как "клеточные сборочные линии" в фитопланктоне, обрабатывающие исходные вещества для их роста, адаптируются к изменениям».
Для этого исследователи создали математическую модель фитопланктона, позволившую смоделировать эти процессы. Модель была связана с лабораторными данными и данными экспедиций в Южном океане по метапротеомике, растворенному железу и марганцу. Это позволило получить новые объяснения для различных процессов, происходящих с фитопланктоном.
«Наши результаты показывают, что совокупные клеточные затраты определяют, как условия окружающей среды меняют рост фитопланктона», — говорит профессор Ахтерберг.
«Это фундаментально меняет наш взгляд на рост фитопланктона и приведет к лучшим прогнозам того, как фитопланктон будет расти в океане», — добавляет Скотт Маккейн. По словам ученых, эти выводы также важны для прогнозов развития рыбных запасов и глобального изменения климата.