Прибор обнаруживает невидимый мир, кишащий микроскопическими водорослями
Стало проще находить биологические "горячие точки" в мировом океане, где обитатели меньше, чем точка.
Микроскопические водоросли — фитопланктон — имеют размер от одного до сотен микрон. Самые мелкие из них в 100 раз тоньше человеческого волоса. Но, несмотря на крошечные размеры, сообщества фитопланктона к югу от острова Ванкувер (Британская Колумбия) играют огромную роль в углеродном цикле: они поглощают 50% углекислого газа, поступающего из атмосферы в океан в этом регионе.
"Сначала мы думали, что это ошибка", — говорит Франсуа Рибале, ведущий автор статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Фитопланктон, как и наземные растения, поглощает углерод из CO2 в процессе фотосинтеза. Он является основой морской пищевой сети, а там, где его много, обычно много рыбы и животных. Если фитопланктон не съеден, он отмирает и опускается на дно, унося с собой углерод. В мировом масштабе океанический фитопланктон поглощает столько же CO2, сколько все леса и наземные растения вместе взятые.
"Возможность легко обнаруживать и отслеживать цветение этого мелкоклеточного фитопланктона критически важна для понимания его влияния на океаны и глобальный углеродный цикл", — говорит Рибале.
SeaFlow — прибор, разрабатываемый в Вашингтонском университете, — делает эту задачу проще. Это проточный цитометр, который измеряет размер и пигментный состав каждой отдельной клетки фитопланктона в образце со скоростью тысячи клеток в секунду.
Традиционно биологи с помощью обычных цитометров искали фитопланктон в точечных пробах воды, взятых на расстоянии 10–50 миль друг от друга. SeaFlow может непрерывно анализировать забортную воду, делая пробы каждые три минуты (две пробы на пройденную милю), подключаясь к судовой системе проточной воды.
Таким образом, SeaFlow собирает больше проб за один день, чем большинство учёных за целую экспедицию. Анализом характеристик сообществ фитопланктона занимаются не учёные, а сенсоры и компьютеры прибора.
"SeaFlow делает за пять минут то, что раньше занимало у меня два месяца", — говорит Рибале.
Прототип прибора обнаружил биологическую "горячую точку" у острова Ванкувер и, впервые, морскую экотон — переходную зону между разными средами обитания. Океанографы знали, что они должны существовать, но не могли их найти.
Экотоны — это области, где перекрываются разные местообитания (например, прерия и лес). Они богаты видами, так как там встречаются растения и животные из обеих экосистем, а также виды, адаптированные именно к этой гибридной среде. Обнаруженная Рибале и коллегами экотона — это регион шириной 40 миль, где богатая нитратами океаническая вода встречается с богатой железом прибрежной водой. Там были обнаружены не одно, а пять различных сообществ океанического фитопланктона, в полной мере использующих сконцентрированные там углерод и питательные вещества.
"Это было просто неожиданное разнообразие. Это противоречит учебникам", — говорит Рибале.
Учёные предполагают, что дополнительные морские экотоны и "горячие точки" можно было бы обнаружить, если бы приборы SeaFlow были установлены на различных судах и могли автоматически оповещать учёных об интересных изменениях в количестве фитопланктона. Одна такая постоянная установка SeaFlow уже смонтирована на судне UW Thomas G. Thompson.