Повышение температуры океана угрожает жизненно важному морскому микробу — Prochlorococcus

от

Среди мельчайших живых существ в океане есть группа одноклеточных микробов под названием Prochlorococcus. Это цианобактерии, также известные как сине-зелёные водоросли, которые обеспечивают питательными веществами животных на всём протяжении пищевой цепи.

Более 75% поверхностных вод изобилуют Prochlorococcus, но по мере повышения температуры океана исследователи опасаются, что вода может стать слишком тёплой для поддержания популяции.

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

Однако новое исследование показывает, что Prochlorococcus предпочитает воду с температурой от 66 до 86 градусов и не переносит более тёплую воду. Климатические модели прогнозируют, что субтропические и тропические температуры океана превысят этот порог в ближайшие 75 лет.

«Долгое время учёные думали, что у Prochlorococcus всё будет хорошо в будущем, но в самых тёплых регионах дела у них идут не очень хорошо. Это означает, что в морской пищевой сети будет меньше углерода — меньше пищи — для остальных участников», — сказал Франсуа Рибале, доцент кафедры океанологии Вашингтонского университета, руководивший исследованием.

Результаты опубликованы в журнале Nature Microbiology.

За последние 10 лет Рибале и его коллеги совершили около 100 исследовательских круизов, чтобы изучить Prochlorococcus. Его команда проанализировала примерно 800 миллиардов клеток размером с Prochlorococcus на протяжении 150 000 миль по всему миру, чтобы выяснить, как они себя чувствуют и могут ли адаптироваться.

«У меня были простые вопросы: довольны ли они, когда тепло? Или они недовольны, когда тепло?» — сказал Рибале.

Большинство данных получено из клеток, выращенных в культуре, в лабораторных условиях, но Рибале хотел наблюдать за ними в естественной океанской среде. Используя проточный цитометр непрерывного действия под названием SeaFlow, они пропускали через воду лазер для измерения типа и размера клеток. Затем они создали статистическую модель для мониторинга роста клеток в режиме реального времени, не нарушая микробов.

Результаты показали, что скорость деления клеток зависит от широты, возможно, из-за количества доступных питательных веществ, солнечного света или температуры. Исследователи исключили уровень питательных веществ и солнечный свет, прежде чем сосредоточиться на температуре. Prochlorococcus размножаются наиболее эффективно в воде с температурой от 66 до 84 градусов, но выше 86 градусов скорость деления клеток резко падает, снижаясь до трети от скорости, наблюдаемой при 66 градусах.

В океане перемешивание переносит большинство питательных веществ на поверхность из глубины. Это происходит медленнее в тёплой воде, а поверхностные воды в самых тёплых регионах океана бедны питательными веществами. Цианобактерии — одни из немногих микробов, которые адаптировались к жизни в этих условиях.

«В открытом океане в тропиках вода ярко-голубого цвета, потому что в ней очень мало чего-либо, кроме Prochlorococcus», — сказал Рибале. Микробы могут выживать в этих районах, потому что им нужно очень мало пищи, ведь они такие маленькие. Их деятельность поддерживает большую часть морской пищевой цепи — от мелких водных травоядных до китов.

За миллионы лет Prochlorococcus усовершенствовал способность делать больше с меньшими затратами, теряя гены, которые ему не нужны, и сохраняя только то, что необходимо для жизни в бедных питательными веществами тропических водах.

Эта стратегия оказалась чрезвычайно успешной, но теперь, когда океаны нагреваются быстрее, чем когда-либо прежде, Prochlorococcus ограничен своим геномом. Он не может восстановить гены ответа на стресс, отброшенные давным-давно.

«Их температура выгорания намного ниже, чем мы думали», — сказал Рибале. Предыдущие модели предполагали, что клетки будут продолжать делиться с такой скоростью, которую они не могут поддерживать, потому что им не хватает клеточного механизма, чтобы справиться с тепловым стрессом.

Prochlorococcus — одна из двух цианобактерий, которые доминируют в тропических и субтропических водах. Другая — Synechococcus — крупнее, с менее оптимизированным геномом. Исследователи обнаружили, что, хотя Synechococcus может переносить более тёплую воду, для выживания ему нужно больше питательных веществ.

Если численность Prochlorococcus сократится, Synechococcus может помочь заполнить брешь, но неясно, какое влияние это окажет на пищевую цепь.

«Если Synechococcus возьмёт верх, не факт, что другие организмы смогут взаимодействовать с ним так же, как они взаимодействовали с Prochlorococcus в течение миллионов лет», — сказал Рибале.

Климатические прогнозы оценивают температуру океана на основе тенденций выбросов парниковых газов. В этом исследовании учёные проверили, как Prochlorococcus может справиться с умеренным и сильным потеплением.

В тропиках умеренное потепление может снизить продуктивность Prochlorococcus на 17%, но более сильное потепление уничтожит её на 51%. В глобальном масштабе умеренный сценарий привёл к снижению на 10%, в то время как более тёплые прогнозы сократили численность Prochlorococcus на 37%.

«Их географический ареал расширится к полюсам, на север и юг, — сказал Рибале. — Они не исчезнут, но их среда обитания изменится». Этот сдвиг, по его словам, может иметь драматические последствия для субтропических и тропических экосистем.

Тем не менее исследователи признают ограничения своего исследования. Они не могли изучить каждую клетку или взять пробы из каждого водоёма. Их измерения основаны на объединённых образцах, которые могут скрыть присутствие термоустойчивого штамма.

«Это самое простое объяснение данных, которые у нас есть сейчас, — сказал Рибале. — Если появятся новые доказательства наличия термоустойчивых штаммов, мы будем приветствовать это открытие. Это даст надежду этим важным организмам».

Предоставлено Вашингтонским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте