Глобальное потепление ставит под угрозу ключевого производителя кислорода на планете

Изменение климата представляет серьёзную опасность для микроскопического организма, ответственного за генерацию почти 30% всего земного кислорода. Фотосинтез, преобразующий солнечную энергию в основу пищевых цепей, является фундаментальным процессом для жизни на Земле. Хотя в нём участвуют различные растения, водоросли и цианобактерии, особая роль принадлежит Prochlorococcus — самому многочисленному фотосинтезирующему организму на планете. Эта морская цианобактерия, несмотря на свои крошечные размеры, оказывает колоссальное влияние на экосистемы, не только обогащая атмосферу кислородом, но и формируя критически важное основание для морских пищевых сетей.

Неожиданная уязвимость к теплу

Новейшие научные данные указывают на то, что Prochlorococcus и зависящие от неё виды могут быть значительно более чувствительны к росту температуры океанов, чем считалось ранее. Организм широко распространён, населяя более трёх четвертей освещённых солнцем поверхностных вод, с наибольшей концентрацией в тропических и субтропических регионах, где он адаптировался к тёплым и бедным питательными веществами условиям. Ранее некоторые эксперты предполагали, что глобальное потепление может даже благоприятствовать этому микробу, однако последние исследования ставят этот оптимистичный сценарий под сомнение.

Идеальный температурный диапазон и его нарушение

Оказалось, что оптимальные условия для жизнедеятельности Prochlorococcus лежат в диапазоне от 19 до 28 градусов Цельсия. Учёные предупреждают, что многие тропические и субтропические акватории могут превысить этот верхний порог в течение следующих 75 лет. Чтобы получить более точные данные, отличные от лабораторных исследований, команда учёных под руководством Франсуа Рибале провела масштабный анализ диких популяций бактерии в естественной среде обитания.

Масштабное исследование в естественной среде

В ходе работы, длившейся 13 лет и включавшей 90 исследовательских экспедиций, были проанализированы около 800 миллиардов клеток, схожих по размеру с Prochlorococcus. Для этого использовался специально разработанный проточный цитометр, способный детектировать столь мелкий фитопланктон. Анализ показал, что скорость деления клеток напрямую коррелирует с температурой воды, а не с уровнем освещённости или доступностью питательных веществ. Наиболее эффективно бактерии размножались в указанном «комфортном» диапазоне, но при превышении температуры примерно до 30 °C скорость их деления резко падала, достигая лишь трети от показателей на нижней границе оптимального диапазона.

Обратите внимание: Сколько будет браков Как это узнать и что смотреть в гороскопе.

Цена эволюционной адаптации

Тропические моря, будучи тёплыми, характеризуются низким содержанием питательных веществ из-за слабого вертикального перемешивания вод. Prochlorococcus идеально приспособилась к этим скудным условиям благодаря минимализму — крайне малому размеру и сокращённому геному, сохранившему только самые необходимые для выживания гены. Однако эта эволюционная стратегия, по-видимому, имела свою цену: микроб, вероятно, утратил древние гены, отвечающие за реакцию на стресс, что теперь ограничивает его способность противостоять быстрым климатическим изменениям.

Экологические последствия и смена доминантов

Ослабление позиций Prochlorococcus может открыть экологическую нишу для другой цианобактерии — Synechococcus, которая лучше переносит тепло, но требует больше питательных веществ. Если Synechococcus займёт освободившееся пространство, последствия для всей морской пищевой пирамиды — от зоопланктона до крупных хищников — могут быть непредсказуемыми и profound, учитывая фундаментальную роль этих микробов в основании пищевых цепей.

Прогнозы на будущее

Согласно моделированию, к концу XXI века продуктивность Prochlorococcus в тропиках может снизиться на 17% при умеренном сценарии изменения климата и на 51% — при более жёстком. В глобальном масштабе сокращение может составить 10% и 37% соответственно. При этом географическое распространение организма сместится в сторону более холодных приполярных вод. Это означает не полное исчезновение, а масштабную перестройку и сокращение его ключевых местообитаний.

Авторы исследования отмечают ряд ограничений своей работы: использованная методика могла не учесть редкие термоустойчивые штаммы бактерии, а некоторые важные тропические регионы остались недостаточно изученными. Текущие выводы представляют собой наиболее простое объяснение имеющихся данных. Обнаружение термоустойчивых штаммов в будущем стало бы обнадёживающим знаком для сохранения этих критически важных для биосферы организмов.

Исследование было опубликовано в авторитетном журнале Nature Microbiology.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Потепление океана угрожает микроорганизму, который производит почти треть земного кислорода.