Крупные цветения фитопланктона к северу от Гавайских островов видны на спутниковых снимках как огромные цветные завихрения почти каждое лето, но их происхождение и динамика экосистемы оставались загадкой.
Недавнее исследование, проведённое океанографами Гавайского университета (UH) в Маноа, раскрыло совокупность условий, которые поддерживают взрывной рост фотосинтезирующих микробов и каскад реакций в микроскопическом морском мире. Это междисциплинарное исследование предлагает первый всесторонний взгляд на анатомию этих массовых биологических событий.
Статья [опубликована](https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0079661125002083) в журнале Progress in Oceanography.
«Эта статья представляет собой синтез множества различных точек зрения наблюдений, которые только при совместной оценке позволили нам нарисовать полную картину», — сказала Рея Форман, ведущий автор исследования и исследователь Центра микробной океанографии: исследования и образования (C-MORE) в Школе наук о Земле и океане Гавайского университета в Маноа (SOEST).
«Для того чтобы увидеть всеобъемлющие экологические процессы, потребовалось объединить усилия нескольких человек с разным опытом», — добавила она.
Субтропический круговорот в северной части Тихого океана часто описывают как океанскую пустыню из-за его заведомо низкого уровня питательных веществ. Однако в конце лета формируется уникальное партнёрство между диатомами — морскими микробами, которые живут внутри стеклянной оболочки, и диазотрофами — бактериями, способными преобразовывать газообразный азот в биологически доступную форму, по сути создавая удобрение для системы.
Предыдущие исследования установили, что летние цветения часто обусловлены этим плодотворным партнёрством, но помимо этого причины возникновения, поддержания и коллапса цветений были неизвестны.
Цветения летом непредсказуемы по времени и местоположению, поэтому в прошлом их не так часто отбирали для анализа. Летом 2022 года океанографы получили время на судне R/V Kilo Moana в надежде поймать цветение.
Когда они заметили на спутниковых снимках цветение размером с Миннесоту в пределах досягаемости экспедиции, началась гонка за его изучение.
«Нам исключительно повезло получить поддержку исследовательского круиза, основные цели которого были сосредоточены на улучшении понимания процессов, управляющих производством и потреблением органического вещества в верхнем слое океана; и сроки этого летнего цветения идеально совпали с запланированным нами круизом», — сказал Мэтт Чёрч, главный научный сотрудник исследовательского круиза и профессор водной микробной экологии в биологической станции Флэтхед-Лейк Университета Монтаны.
Междисциплинарная группа исследовала микробное сообщество цветения, динамику питательных веществ, состав взвешенных частиц, скорость фотосинтеза и азотфиксации, а также количество специфических функциональных генов.
Их исследование показало, что цветения, вероятно, запускаются, когда популяция диатомов-диазотрофных ассоциаций в целом увеличивается при наличии других благоприятных условий: концентрации фосфатов и силикатов выше среднего и более мелкий перемешанный слой на поверхности океана.
Этот неглубокий перемешанный слой удерживает фотосинтезирующие микробы вблизи поверхности, где много солнечного света — того, что им требуется для эффективной азотфиксации.
«Эта комплексная экспедиция потребовала тщательного планирования, умелого исполнения, эффективной командной работы и немного удачи — мы сделали четыре из четырёх!» — сказал Дэвид Карл, старший автор исследования, профессор океанографии имени Виктора и Пегги Брандстром Павел и директор C-MORE.
Микробы и их хищники, обитающие в поверхностных водах, настроены на определённый уровень солнечного света. Цветения оказывают огромное влияние на биологическую и химическую структуру более глубоких слоёв солнечного поверхностного океана, потому что внезапное увеличение фитопланктона в цветении затеняет воды ниже.
«Мы были удивлены, увидев огромные последствия, которые возникли из-за [повышенного ослабления света](https://phys.org/news/2025-10-algae-fleas-lakes-food-webs.html?utmsource=embeddings&utmmedium=related&utm_campaign=internal), — сказала Форман. — Накопление фитопланктона на поверхности заблокировало достаточно света, что привело к резкому снижению фотосинтеза на глубине около 50 метров».
«Это изменило типичный баланс между фитопланктоном и бактериями, которые реминерализуют органическое вещество, что привело к необычному накоплению аммония в нижней эвфотической зоне».
Исследование также во многом опиралось на исторический контекст, предоставленный программой Hawai’i Ocean Time-series (HOT) Гавайского университета в Маноа, которая проводила ежемесячный мониторинг физических, биологических и химических характеристик на близлежащей океанической полевой станции к северу от Гавайских островов с 1988 года. Программа HOT предлагает почти четыре десятилетия данных, обеспечивая ориентир типичных условий.
«Сравнивая данные экспедиции 2022 года с данными HOT, которые показывают базовые условия на станции ALOHA, мы смогли выделить уникальные характеристики цветения на фоне обычных фоновых условий, что помогло нам понять жизненный цикл цветения», — сказала Форман.
Предложенный исследователями жизненный цикл цветений включал некоторые прогнозы относительно того, как они коллапсируют. Они предполагают, что фитопланктон может либо исчерпать некоторые питательные вещества (например, фосфаты), либо перемешанный слой может углубиться и препятствовать росту, либо смертность может увеличиться из-за паразитов, вирусов или травоядных, которые изначально были гораздо менее многочисленными.
Понимание этих цветений имеет ключевое значение для моделирования климатических процессов и прогнозов. Диатомы-диазотрофные ассоциации являются тяжёлыми, поэтому, когда они умирают, они быстро и эффективно опускаются на дно океана, экспортируя углерод из атмосферы в глубокий океан.
«Что загадочно, так это то, почему диазотрофные организмы не более многочисленны в этих водах, поскольку они по сути создают питательное вещество, которого здесь больше всего не хватает», — добавила Форман.
«Изучение того, что ограничивает рост диазотрофов, многое нам расскажет о том, что ограничивает общий потенциал фотосинтетического производства в низкопитательных круговоротах. Это важно, потому что круговороты играют большую роль в балансе углекислого газа между океаном и атмосферой», — заключила она.
Предоставлено [Гавайским университетом в Маноа](https://phys.org/partners/university-of-hawaii-at-manoa/)
Другие новости по теме
- В Непале началась перепись тигров для отслеживания восстановления популяции
- Учёные предупреждают: сокращение федерального финансирования может подорвать восстановление популяции судака в Миннесоте
- Перемещение тюленей: выявлены ключевые данные для морского освоения и международной экологии
- Возвращение водоплавающих птиц в этом году происходит на фоне долгосрочного снижения, показывает аэрофотосъёмка
- Некоторые крупные водные агентства в сельскохозяйственных районах получают воду бесплатно: критики считают, что это необходимо прекратить.
- Исследователи изучают влияние различных приправ на восприятие вкуса супа с твенджаном
- В зоопарке Форт-Уэрта учёные борются со смертельным вирусом герпеса у слонов
- Новые варианты вируса H5N1 птичьего гриппа демонстрируют повышенную способность инфицировать молочный скот
- Переносной оптический сканер выявляет скрытые повреждения озоном на листьях растений
- Обнаружен древний генетический сигнал «старт» у бактерий, архей и эукариот
Другие новости на сайте
- Живые камни в Южной Африке быстро поглощают углерод и растут в суровых условиях
- Новая система показывает, где концентрируются транспортные выбросы в Сингапуре
- Исследования показывают, что информированные трейдеры никогда не упустят возможности извлечь выгоду из климатического кризиса.
- Программа общественных занятий по плаванию для чернокожей молодёжи способствует развитию навыков и укреплению чувства принадлежности
- В Непале началась перепись тигров для отслеживания восстановления популяции
- Максимальная длина лемнискаты Эрдаша–Герцога–Пираниана при высокой степени
- Будущее климата в Австралии: новая модель выходит на глобальный уровень
- Компьютерное проектирование становится доступнее
- Учёные предупреждают: сокращение федерального финансирования может подорвать восстановление популяции судака в Миннесоте
- Женщины в индийских вооружённых силах страдают от системной дискриминации на всех этапах карьеры