Конкуренция морских микробов может стать ключом к улучшению климатических моделей

В кобальтовых водах у побережья Сан-Диего, ключ к отслеживанию мощного парникового газа дрейфует прямо под поверхностью. Крошечные океанские микробы, живущие в бедных кислородом водах, превращают обычные питательные вещества в закись азота (N₂O) — соединение, более известное как веселящий газ, но гораздо менее забавное для планеты.

"Этот газ удерживает примерно в 300 раз больше тепла, чем диоксид углерода (CO₂), а также разрушает озоновый слой Земли", — говорит Синь Сунь, доцент биологии в Школе искусств и наук Пенсильванского университета. "Более точная информация о том, где и как образуется N₂O, может помочь ученым точнее прогнозировать глобальные выбросы по мере изменения климата".

Сунь и её коллеги провели шесть недель в море, изучая химию и экологию этого процесса, отбирая пробы воды с глубины от 40 до 120 метров в восточной тропической части северной Пацифики — одном из крупнейших регионов Земли с дефицитом кислорода.

Их работа, опубликованная в Nature Communications, показывает, как производство N₂O определяется не только чистой химией, но и микробной конкуренцией, и как даже незначительные изменения уровня кислорода или питательных веществ могут вызывать резкие, драматические скачки выбросов парникового газа.

"Существует многоступенчатый путь, который начинается с нитрата (NO₃⁻), превращает его в нитрит (NO₂⁻) и в итоге производит N₂O", — объясняет Сунь. "И есть другой путь, который переходит прямо от нитрита к N₂O. Можно было бы ожидать, что более короткий путь победит, но этого не происходит".

Сунь сравнивает популяции микробов с двумя соседними гастрономами, которые оба делают бублики, но начинают с разных ингредиентов.

Первая группа, начинающая с нитрата, похожа на полноценную пекарню, которая начинает с муки — всё смешивает, ферментирует и выпекает самостоятельно. Вторая группа, начинающая с нитрита, больше похожа на специализированный магазин, который зависит от нахождения готового теста, дрейфующего в воде.

Поскольку "мука" (нитрат) гораздо более распространена, чем готовое "тесто" (нитрит), более длинный, многоступенчатый путь оказывается более эффективным.

Условия с низким содержанием кислорода обычно благоприятствуют производству N₂O, но команда обнаружила, что добавление большего количества кислорода не приводит к плавному снижению производства. Вместо этого кислород меняет то, какими микробными "магазинами" доминируют. "Кислород действует не как диммер", — говорит Сунь. "Он меняет того, кто у власти".

Хотя может показаться, что подкормка микробов питательными веществами — хороший способ увеличить производство, команда также обнаружила, что это может фактически вытеснить основных производителей N₂O, снизив выброс газа почти до нуля.

Позволив микробным группам конкурировать и сотрудничать внутри новой модели, команда смогла уловить эти резкие экологические колебания, которые старые, чисто химические модели сглаживали.

Их выводы могут улучшить климатические модели, предсказывающие изменения уровня моря, экстремальные погодные условия и изменение химии океана, а также помочь определить, какие регионы вносят наибольший вклад в выбросы парниковых газов.