Ключ к пределам адаптации обитателей океана
Чем проще устроена морская форма жизни, тем лучше она приспособлена к выживанию в условиях изменения климата. К такому выводу пришли учёные Института Альфреда Вегенера в новом метаисследовании, опубликованном в журнале Global Change Biology. Впервые биологи изучили взаимосвязь между сложностью организмов и пределами их адаптации к более тёплому климату. В то время как одноклеточные бактерии и археи способны жить даже в горячей, бедной кислородом воде, обитатели моря с более сложным строением, такие как животные и растения, достигают пределов роста уже при температуре воды 41°C. Этот температурный порог, по-видимому, представляет непреодолимое препятствие для их высокоразвитых метаболических систем.
Почему существуют разные пределы?
Учёные давно исследуют процессы, из-за которых животные имеют определённый температурный порог для развития и размножения. Было обнаружено, что причиной является их сердечно-сосудистая система. В лабораторных экспериментах показано, что именно эта транспортная система первой выходит из строя в более тёплой воде. Сердце, кровь и кровообращение снабжают все клетки и органы кислородом, но только до определённой максимальной температуры. За этим порогом пропускная способность системы становится недостаточной.
Гипотеза: сложность как ключевой фактор
В исследовании проверялась гипотеза, что сложность организма определяет пределы его адаптации. Чем проще структура обитателя океана, тем он устойчивее. Это означает, что одноклеточные формы с простым строением (бактерии, археи) должны быть гораздо более устойчивы к высоким температурам, чем формы со сложными клетками (водоросли) или многоклеточные организмы (животные, растения). Пределы толерантности организма всегда находятся на его самом высоком уровне сложности.
Проверка гипотезы
Учёные проанализировали более 1000 исследований об адаптации морских форм жизни — от архей и бактерий до животных и растений. Для каждой группы определяли виды с самой высокой температурной толерантностью и оценивали их сложность. Результат подтвердил предположение: чем проще структура, тем более термоустойчив вид.
Роль кислорода и размера
Предел адаптации зависит не только от температуры, но и от способности справляться с низким содержанием кислорода:
- Бактерии и археи могут выживать при низких концентрациях или даже без кислорода.
- Большинство животных и растений требуют более высокой минимальной концентрации.
- Размер тела также играет решающую роль: более мелкие виды или особи одного вида могут выживать при более низком уровне кислорода и более высоких температурах, чем крупные животные.
Последствия для экосистем
- Смещение сообществ: В будущем животные и растения будут испытывать проблемы с выживанием в самых тёплых морских регионах, а археи, бактерии и простейшие будут распространяться на этих территориях.
- Предел для сложных форм: Животные и растения принципиально не способны выживать в условиях, превышающих температурный порог в 41°C. Отдельные виды могут уменьшать размер тела, снижать метаболизм или производить больше гемоглобина, но не преодолеть этот фундаментальный барьер.
- Тренд на уменьшение: Наблюдается тенденция, когда более мелкие виды заменяют крупные в регионе по мере потепления.
Следующий шаг
Авторы планируют изучить, какую роль сложность видов играет для толерантности и адаптации к третьему климатическому фактору в океане — закислению, вызванному ростом выбросов CO2.