Китовый помет содержит железо, которое могло удобрять океаны в прошлом

Голубой кит — самое крупное животное на планете. Чтобы поддерживать тело длиной до 100 футов (30 метров), он потребляет огромное количество крошечных креветкообразных животных, известных как криль. Голубые киты и другие усатые киты, которые фильтруют морскую воду через рот, чтобы питаться мелкой морской жизнью, когда-то кишели в океанах Земли. Однако за последнее столетие их почти истребили ради богатого энергией ворвани.

Когда популяция китов была уничтожена, некоторые предполагали, что криль будет процветать в водах, свободных от хищников. Но этого не произошло. Популяции криля также сократились, и ни одна из популяций до сих пор не восстановилась.

Согласно недавней теории, киты были не просто хищниками в океанической среде. Питательные вещества, которые киты выделяли с экскрементами, могли служить ключевым удобрением для этих морских экосистем.

Исследование под руководством океанографов Вашингтонского университета поддерживает эту теорию. Оно показывает, что экскременты китов содержат значительное количество железа — жизненно важного элемента, которого часто не хватает в океанических экосистемах, а также нетоксичные формы меди, другого важного питательного вещества, которое в некоторых формах может вредить жизни.

Это открытое исследование, первое, изучившее формы этих микроэлементов в так называемом китовом помете, было опубликовано в январе в журнале Communications Earth & Environment.

«Мы провели новые измерения фекалий китов, чтобы оценить, насколько важны киты для рециркуляции важных питательных веществ для фитопланктона», — сказал первый автор Патрик Монреаль, докторант по океанографии. — «Наш анализ предполагает, что истребление популяций усатых китов в результате исторического китобойного промысла могло иметь более серьезные биогеохимические последствия для Южного океана — региона, имеющего решающее значение для глобального углеродного цикла».

Южный океан, окружающий Антарктиду, почти необитаем, но считается, что он играет важную роль в глобальном климате. Сильные циркумполярные течения поднимают глубоководные воды к поверхности. Огромные цветения растительных организмов, известных как фитопланктон, поддерживают популяции криля, который до сих пор вылавливают в незащищенных водах для аквакультуры и кормов для домашних животных.

Чтобы исследовать возможную роль китового помета в этой экосистеме, в исследовании проанализировали пять образцов фекалий. Два образца были от горбатых китов в Южном океане, а три — от голубых китов у побережья центральной Калифорнии. Образцы были собраны, когда исследователи, изучавшие популяции китов, увидели такую возможность.

«Хорошая вещь, пожалуй, в том, что экскременты китов плавают», — сказала старший автор Рэнди Банди, доцент океанографии. Исследователи собирают их с помощью сети, прикрепленной к банке, чтобы собрать вещество, обычно имеющее консистенцию слякоти или суспензии.

«Гипотеза заключается в том, что киты фактически добавляли в экосистему питательные вещества, которые фитопланктон мог использовать, поэтому он цвел больше, и тогда криль мог его есть», — сказала Банди.

Предыдущие исследования обнаружили значительное количество основных питательных веществ, таких как азот и углерод, в образцах китового помета. Новая работа вместо этого искала металлы, которых не хватает вдали от суши и которые часто являются лимитирующим фактором для роста океанических экосистем.

«В Южном океане железо считается одним из самых дефицитных, или лимитирующих, питательных веществ, необходимых фитопланктону для выживания», — сказала Банди.

Результаты показали, что железо присутствовало во всех образцах. Исследователи также обнаружили другой металл — медь.

«Мы были действительно шокированы тем, сколько меди было в китовом помете. Мы сначала подумали: "О, нет, неужели китовый помет на самом деле токсичен?"», — сказала Банди.

Дальнейший анализ показал, что органические молекулы, известные как лиганды, присоединенные к атомам меди, превращают их в форму, безопасную для морской жизни. Другие лиганды помогали сделать железо доступным для живых организмов. Исследователи пока не знают источник лигандов, но подозревают, что они могут происходить от бактерий в желудках китов.

Исследования Банди сосредоточены на микроэлементах в океанической среде. Этот проект начался как вводный исследовательский проект Монреаля в аспирантуре, но перерос в более масштабное начинание по мере поступления результатов.

«Я думаю, что животные играют большую роль в химических циклах, чем многие эксперты им отводят, особенно при рассмотрении на уровне экосистемы», — сказал Монреаль. — «Когда я говорю "животные", я действительно имею в виду их кишечный микробиом. Судя по тому, что мы видим, похоже, что бактерии в кишечнике китов могут быть важны».