Микробы в меню

Функционирование морских экосистем зависит от размера и "вкуса" микробов в основе пищевой цепи. Изменения в атмосфере Земли могут перестроить это микроскопическое меню. Микробы, которые сейчас являются основным "блюдом" для других организмов, в будущем могут стать реже, а микробы из "редкой биосферы" — более распространёнными.

Четыре биолога из Колледжа Университета Южной Калифорнии (USC) начали работу над проектом, финансируемым Национальным научным фондом (NSF), по изучению изменений в сообществах морских микробов по мере закисления океана. Это происходит из-за поглощения океаном растущего уровня углекислого газа (CO₂) из атмосферы.

Руководитель проекта — Астрид Шнетцер, доцент-исследователь программы морской экологической биологии USC. Исследование изучит реакцию микробных сообществ на закисление океана и повышение температуры.

"Происходящие изменения очень сложны — это не просто рост CO₂ в воде или температуры", — сказала Шнетцер. — "Глобальное изменение климата в ближайшие десятилетия прямо или косвенно повлияет на целый комплекс свойств океана".

В проекте также участвуют профессора Дэвид Карон и Дэвид Хатчинс, а также доцент-исследователь Фэйсю Фу. Все они связаны с Институтом экологических исследований Уригли при USC.

В течение трёхлетнего исследования учёные будут искать в естественных сообществах микробов конкретные виды, которые смогут победить конкурентов благодаря лучшей акклиматизации к изменённой температуре и химическому составу воды в "мире парникового эффекта". Исследователи выделят микробов, прошедших "тест на акклиматизацию", вырастят их в течение нескольких поколений, а затем скомбинируют, чтобы изучить структуру их сообществ в условиях, прогнозируемых на будущее.

"Виды, которые лучше акклиматизируются к изменениям уровня CO₂, получат конкурентное преимущество", — отметила Шнетцер.

Исследование оценит не только отдельные виды, которые могут выжить в будущих условиях. Оно также будет отслеживать скорость роста и элементный состав фитопланктона, а также "функциональные группы" организмов, которые могут возникнуть.

Первичные продуценты — одна из самых важных таких групп. Это водоросли, способные к фотосинтезу, которые создают органическое вещество из солнечного света, CO₂ и питательных веществ. По словам Шнетцер, эти водоросли могут измениться вместе с химией и температурой воды: расти быстрее или медленнее, стать больше или меньше, более или менее "съедобными" и питательными.

Другие микробы и ракообразные, которые питаются этими водорослями, в свою очередь, отреагируют на любые изменения в их основном пищевом ресурсе.

"Первичные продуценты так важны, потому что они — основа пищевой цепи", — пояснила Шнетцер. — "Всё, что влияет на них, повлияет на всех, кто выше: простейших, которые на них пасутся, зоопланктон, мелких ракообразных, рыб — и где-то вверху этой цепи находимся мы сами".

Помимо обеспечения пищей, первичные продуценты влияют на химию морской воды, удаляя из неё CO₂. Они находятся на передовой глобального поглощения углерода, но изменения температуры и химии воды в "мире парникового эффекта" могут изменить скорость их роста. Это изменит скорость удаления CO₂ из воды и их способность помогать в связывании атмосферного CO₂.

Изменения химии воды также могут открыть окно возможностей для видов микробов, которые обычно существуют в очень малых количествах. Организмы из "редкой биосферы" могут процветать в новых условиях и стать заметными членами нового порядка.

"Вредоносное цветение водорослей можно считать 'реальным' примером редкой биосферы", — сказала Шнетцер. — "Вы знаете, что эти виды водорослей есть, но они не очень многочисленны; они где-то на заднем плане. Затем что-то в среде меняется, открывается окно возможностей, и они внезапно захватывают доминирование".

Океан естественным образом поглощает CO₂ из воздуха. За миллионы лет баланс CO₂ в воздухе и воде достиг равновесия, как и химия морской воды. Однако сжигание ископаемого топлива добавляет в атмосферу миллиарды тонн CO₂ ежегодно. Современная морская жизнь приспособлена к текущему равновесию, но растущий уровень CO₂ в среде выводит химию океана из этого древнего баланса.