Новая макромолекулярная модель фитопланктона может иметь значение для климатических исследований

С 1934 года соотношение Редфилда — повторяющееся соотношение углерода, азота и фосфора (C:N:P) 106:16:1 в фитопланктоне — было краеугольным камнем океанографии. Хотя различия в соотношениях C:N:P существуют и наблюдаются в разных биомах океана, до сих пор не было установленного способа количественно оценить или предсказать эту вариацию. Новое исследование профессора Университета Род-Айленда может помочь заполнить эти пробелы.

Исследование, опубликованное в Nature Geoscience под руководством Кейсуке Иномуры, доцента океанографии, с командой из Университета Вашингтона, Массачусетского технологического института и Принстонского университета, также может иметь важные последствия для климатических исследований.

Фитопланктон, необходимый для водных экосистем, влияет на экспорт и хранение углерода в глубоком океане, что, в свою очередь, может влиять на состав углекислого газа в атмосфере. Экспорт углерода существенно зависит от соотношений C:N:P, поскольку это соотношение показывает, сколько углерода производится по отношению к доступным питательным веществам (азоту и фосфору).

Исследования показали, что хотя C:N остается относительно стабильным, соотношение N:P или C:P может значительно варьироваться в зависимости от широты — с более высокими соотношениями в субтропиках и более низкими в высоких широтах, таких как Арктика или Южный океан. Причина этого была неизвестна.

Чтобы ответить на этот вопрос, команда включила макромолекулярную модель фитопланктона в глобальную модель общей циркуляции и биогеохимии. Это означает введение молекулярного состава фитопланктона (белки, углеводы, липиды, ДНК, РНК) в вычислительную модель, которая также учитывает циркуляцию океана и цикл питательных веществ.

Результаты показывают, что хотя вариация соотношения C:N относительно мала и в основном обусловлена общими физиологическими адаптационными стратегиями фитопланктона, большая вариация N:P в основном зависит от того, какие планктоны существуют — крупные или мелкие.

Новая модель добавляет беспрецедентный уровень детализации о макромолекулярном составе фитопланктона и его акклиматизации к изменяющимся условиям окружающей среды на основе эмпирических данных. Модель можно использовать для прогнозирования и интерпретации макромолекулярного распределения в фитопланктоне в океане, предоставляя основу для прогнозирования биологических и экологических реакций на изменение климата.

Иномура считает, что эта работа может привести к созданию климатической модели следующего поколения. Дополнительный уровень детализации в макромолекулярной модели может сыграть ключевую роль в прогнозировании будущих изменений соотношения C:N:P в океане и последствий этих изменений для атмосферного состава CO₂ и температуры.