Учёные обнаружили новый источник азота в открытом океане с помощью углерода

Учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и Калифорнийского университета в Санта-Круз обнаружили в поверхностном слое океана гипотетический класс организмов, осуществляющих фиксацию азота.

Дефицит азота ограничивает рост океанического фитопланктона — глобально важного поглотителя углерода и основы морской пищевой сети. Основные источники нового азота в поверхностных водах — это нитраты из глубинных слоёв и биологическая фиксация атмосферного газа N₂ некоторыми цианобактериями.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда обнаружила, что альтернативный класс азотфиксаторов, не являющихся фотосинтетиками, связан с морскими частицами и фиксирует азот в некоторых районах океана.

«Более трёх десятилетий учёные знали, что этот альтернативный класс азотфиксирующих организмов широко распространён в поверхностных водах океана, но у нас не было прямых доказательств их способности к фиксации азота», — сказала ведущий автор Кэти Хардинг.

Учёный LLNL Ксавье Майали отметил, что обнаружение этой активности было сложной задачей: «Мы нашли её, потому что смогли использовать наш инструмент nanoSIMS для локализации отдельных клеток на морских частицах. Эти азотфиксаторы, по-видимому, не свободно плавают, а прикреплены к морскому детриту, который в итоге опускается в глубины океана».

Метод обнаружения

В исследовании команда использовала комбинированную маркировку редкими стабильными изотопами углерода (C) и азота (N). Это позволило отделить организмы, включившие и N, и C (например, фотосинтезирующие цианобактерии), от тех, которые включили только N (нецианобактериальные азотфиксирующие организмы).

Инструмент nanoSIMS в LLNL позволяет количественно определять редкие изотопы C и N на уровне одной клетки. С его помощью удалось обнаружить гипотетических азотфиксаторов после инкубации проб в море с меченым газом N₂ и CO₂.

Значение открытия

Пока неясно, как это открытие повлияет на здоровье океанов.

«Усиленный рост фитопланктона, частично обеспеченный поступлением азота, может принести пользу морской жизни, — сказал Майали. — Если в погружающихся морских частицах из-за этой активности будет больше азота, это потенциально может сделать их более питательными для организмов, живущих на глубине».

Лучшее понимание источников азота в океане также влияет на способность прогнозировать поглощение углерода (C), поскольку морской фитопланктон обычно лимитирован азотом. При достаточном количестве N он будет поглощать больше C из атмосферы. Таким образом, хотя вновь обнаруженные организмы и не являются фотосинтетиками, фиксируемый ими азот впоследствии может быть использован организмами, которые фиксируют углерод. Кроме того, погружение морского детрита, где были найдены эти азотфиксаторы, — один из основных механизмов естественного секвестирования углерода в океанах.

Перспективы метода

Подход с двойной изотопной маркировкой применим и в других областях, таких как хранение углерода в почвах и производство биотоплива. «Мы можем использовать этот метод для поиска подобных организмов в почвах и в культурах водорослей для производства биотоплива, особенно в бедных азотом средах, где азотфиксирующие организмы важны для здоровья экосистемы», — отметил Майали.