Потепление океана угрожает жизненно важному микробу Prochlorococcus

Среди мельчайших живых существ в океане — группа одноклеточных микробов Prochlorococcus. Это цианобактерии (сине-зеленые водоросли), которые снабжают питательными веществами животных по всей пищевой цепи. Prochlorococcus населяют более 75% поверхностных вод, но с ростом температуры океана вода может стать слишком теплой для поддержания их популяции.

Prochlorococcus — самый распространенный фотосинтезирующий организм в океане, на который приходится 5% глобального фотосинтеза. Поскольку Prochlorococcus процветают в тропиках, ученые предполагали, что они хорошо адаптируются к глобальному потеплению.

Однако новое исследование показывает, что оптимальная температура воды для Prochlorococcus — между 66 и 86°F (≈19–30°C), и они плохо переносят более теплую воду. Климатические модели предсказывают, что температуры субтропических и тропических океанов превысят этот порог в ближайшие 75 лет.

Результаты опубликованы в Nature Microbiology.

За последние 10 лет команда совершила около 100 исследовательских рейсов, проанализировав примерно 800 миллиардов клеток Prochlorococcus на протяжении 150 000 миль по всему миру.

Используя проточный цитометр SeaFlow, который измеряет тип и размер клеток с помощью лазера, ученые построили статистическую модель для наблюдения за ростом клеток в реальном времени в их естественной среде.

Ключевые результаты:

• Скорость деления клеток максимальна в воде между 66 и 84°F (≈19–29°C).
• При температуре выше 86°F (≈30°C) скорость деления резко падает, составляя лишь треть от скорости при 66°F.
• Численность клеток следует той же тенденции.

Prochlorococcus идеально приспособился к жизни в бедных питательными веществами тропических водах, «сбросив» ненужные гены. Но теперь, когда океаны нагреваются быстрее, чем когда-либо, Prochlorococcus ограничен своим геномом и не может восстановить утраченные гены стрессоустойчивости.

«Их температура "перегрева" оказалась гораздо ниже, чем мы думали», — отмечает руководитель исследования Франсуа Рибалле.

Второй доминирующий вид цианобактерий, Synechococcus, может переносить более теплую воду, но ему нужно больше питательных веществ. Если численность Prochlorococcus сократится, Synechococcus может частично заполнить нишу, но последствия для пищевой цепи неясны.

Прогнозы в условиях потепления:

• В тропиках: умеренное потепление может снизить продуктивность Prochlorococcus на 17%, а более сильное — на 51%.
• Глобально: умеренный сценарий приведет к снижению на 10%, а теплый — на 37%.

«Их географический ареал расширится к полюсам, на север и юг. Они не исчезнут, но их среда обитания сместится», — говорит Рибалле. Это смещение может иметь драматические последствия для субтропических и тропических экосистем.

Исследователи признают ограничения работы: невозможно изучить каждую клетку или каждый водоем. Их измерения основаны на объединенных образцах, которые могли скрыть наличие термоустойчивого штамма.