Давление в глубинах океана сохраняет пищу для микробов в бездне

Новое исследование Датского центра хадальных исследований сообщает о серии экспериментов по воздействию на морской снег возрастающего давления — до 1000 бар, что соответствует давлению на дне некоторых глубоководных желобов мира, на глубине 10 км.

Морской снег — это миллиметровые хлопья, образующиеся, когда липкие мёртвые клетки у поверхности моря слипаются с другими мёртвыми или умирающими клетками, частицами и бактериями и опускаются на дно. Органический материал может быть мёртвыми водорослями, мёртвыми мелкими животными или их фекалиями. Вместе это называется морским снегом, потому что хлопья похожи на снег, когда опускаются в толще воды. В одном хлопье могут быть сотни различных бактерий в дополнение к частицам органического вещества.

"Мало что известно о том, как морской снег реагирует на возрастающее давление при погружении. Однако известно, что морской снег является пищей для многих микробов и мелких животных на морском дне. Фактически, в части океана, лежащей на глубине 1000 метров и ниже, больше микробов, чем где-либо ещё на Земле", — говорит биолог Питер Штиф, ведущий автор исследования.

"Эта среда обитания чрезвычайно велика, и между микробами внизу может быть большое расстояние, но, тем не менее, огромное количество земных организмов процветает при высоком давлении, и мы не знаем, как".

Другие авторы: Ронни Н. Глуд, Клеменс Шаубергер, Кевин В. Беккер, Маркус Эльверт, Джон Пол Бальмонте, Белен Франко-Систерна и Матиас Миддельбо. Исследование опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.

Помимо того, что морской снег доносит питательные вещества, такие как органический углерод, азот, сера и фосфат, до микробов в глубине, он также способствует захоронению огромного количества углерода в морском дне. Это происходит, когда водоросль в течение жизни поглощает CO₂ из атмосферы, умирает и опускается на дно, унося углерод с собой. Большая часть морского снега съедается животными или разлагается микробами, но небольшая часть сохраняется на морском дне.

"Возможно, только 1% морского снега сохраняется на морском дне. Но со временем он накапливается в огромных количествах. Нефть и газ, которые мы добываем в настоящее время, в значительной степени созданы таким образом", — говорит Питер Штиф.

Органическое вещество также достигает глубоководных микробов другими способами. Данные ряда глубоководных экспедиций, проведённых Датским центром хадальных исследований, показали, что на склонах в глубоком море могут происходить крупные оползни осадка. Такие оползни могут мгновенно отправлять большое количество богатого питательными веществами осадка в самые глубокие желоба.

Теперь Питер Штиф и коллеги показывают, что другой механизм также обеспечивает попадание органического вещества в глубины.

В подвале под Университетом Южной Дании у хадальных исследователей есть барокамеры для экспериментов. Камеры выдерживают давление в 1000 бар, что соответствует давлению на глубине 10 км.

Команда заполнила пять барокамер морской водой и хлопьями морского снега, которые они сделали из диатомовых водорослей и бактерий. Каждый хлопок был диаметром примерно 2 мм. Постоянно вращая барокамеры горизонтально, исследователи обеспечили, чтобы хлопья продолжали погружаться в воде, не достигая дна камеры, таким образом моделируя постоянное погружение хлопьев. Каждый день они увеличивали давление в камерах на 50 бар, чтобы моделировать давление на всё больших глубинах.

Через четыре дня хлопья находились под давлением 200 бар, что соответствует глубине океана 2 км. Затем исследователи открыли первую камеру, чтобы посмотреть, что стало с хлопьями. То же самое было сделано после давления 400 бар, 600 бар, 800 бар и последней — после давления 1000 бар.

"Мы могли видеть, что дыхание бактерий уменьшалось по мере увеличения давления; это означает, что они "ели" меньше органического углерода. При 600 бар дыхание полностью прекратилось и оставалось таким вплоть до давления 1000 бар, где оставалось примерно половина хлопьев — и, следовательно, пища для адаптированных к давлению микробов морского дна", — говорит Питер Штиф.