Повышение температуры океанов, связанное с изменением климата, вызывает серьезную озабоченность относительно будущего морских экосистем. Новое исследование, проведенное под руководством Университета Иллинойса, указывает на потенциально ключевую роль в этом процессе морских архей, в частности микроорганизма Nitrosopumilus maritimus. Ученые предполагают, что данный микроб, составляющий значительную часть планктона, демонстрирует способность адаптироваться к потеплению и снижению уровня питательных веществ.
Исследование, опубликованное в авторитетном научном журнале, фокусируется на процессах окисления аммиака, которые зависят от доступности железа. Адаптивные механизмы Nitrosopumilus maritimus могут позволить ему сохранять свою экологическую функцию в меняющихся условиях. Таким образом, эта группа микроорганизмов может оказать существенное влияние на перераспределение питательных веществ в мировом океане, поддерживая его биологическое разнообразие в условиях глобального потепления.
Основной вывод исследования заключается в том, что адаптируемые морские археи, такие как Nitrosopumilus maritimus, вероятно, будут играть решающую роль в поддержании баланса питательных веществ и биоразнообразия океанов по мере изменения климата. Их способность приспосабливаться к более теплой и бедной питательными веществами среде может стать стабилизирующим фактором для морских экосистем.
Исследовательская группа под руководством Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне прогнозирует, что успешно адаптирующиеся виды морских архей будут играть решающую роль в поддержании биоразнообразия в океанах планеты в условиях изменения климата. Повышение температуры океана, вызванное морскими тепловыми волнами и глобальным потеплением, вызывает обеспокоенность в связи с потенциальными нарушениями в хрупких пищевых цепях и биологических системах океана. Однако новые данные свидетельствуют о том, что ключевой морской микроорганизм, Nitrosopumilus maritimus, возможно, уже приспосабливается к более теплым и бедным питательными веществами условиям. Ученые полагают, что эти адаптивные процессы, которые частично зависят от железа и осуществляют окисление аммиака, могут иметь существенное значение для распределения питательных веществ в океанах по мере продолжения климатических изменений.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Труды Национальной академии наук».
Микробы, которые обеспечивают цикл питательных веществ в океане
Nitrosopumilus maritimus и близкородственные микробы составляют около 30% морского микробного планктона. Многие ученые считают их необходимыми для химии океана, поскольку они называют устойчивыми, поддерживающими морские экосистемы. Эти археи окисляют аммиак — процесс, играющий центральную роль в азотном цикле океана.
Преобразуя азот в различные химические формы в морской воде, эти микробы регулируют рост микробного планктона. Эти крошечные организмы составляют основу морской пищевой цепи, а это означает, что деятельность архей, окисляющих аммиак, в конечном итоге способствует поддержанию биоразнообразия океана.
Глубоководное потепление может изменить использование железа
«Эффект потепления океана может распространяться на расстояние до 1000 метров и более», — сказал он. — сказал профессор микробиологии Университета Иллинойса Урбана-Шампейн Вэй Цинь. «Раньше мы говорили, что более глубокие воды в основном изолированы от внешнего потепления, но теперь становится ясно, что глубоководное потепление может изменить то, как эти археи используют железо — металл, от которого они в уровне развития, — обеспечивает влияя на доступность микроэлементов в глубинах океана».
Эксперименты показывают, что микробы более эффективно используют железо в более теплой воде
Исследовательская группа под руководством Цини и профессора биологии резко изменила Университет Южной Калифорнии Дэвида Хатчинса провела тщательно контролируемые эксперименты, стремясь избежать загрязнения металлами. Они подвергли чистой культуре Nitrosopumilus maritimus с учетом различных температур и различных уровней железа.
В результате, когда температура повысилась в условиях ограниченного железа, микробам потребовалось меньше железа, и они использовали его более эффективно. Это открытие указывает на то, что организмы могут корректировать свой метаболизм, чтобы работать как с более устойчивыми температурами, так и с пониженной доступностью железа.
Моделирование предполагает большую будущую роль в химии океана
«Мы сопоставили эти результаты с биогеохимическими моделями мирового океана, проведенными Алессандро Тальябуэ из Ливерпульского университета», — сказал он. Сказал Цинь. «Результаты показывают, что глубоководные архейные сообщества могут сохранять или даже усиливать свою роль в круговороте азота и поддерживать первичное производство в географических регионах с ограниченным содержанием железа в условиях потепления климата».
Предстоящая океанская экспедиция для проверки находок
следующим летом Цинь и Хатчинс будут работать в качестве со-главных ученых в исследовательском суде Sikuliaq . Экспедиция отправляется из Ситла в залив Аляски, а затем продолжает путь к субтропическому круговороту с остановкой в Гонолулу, Гавайи.
В путешествие войдут еще 20 соображений, которые будут изучать естественные эволюционные архей в океане. Их цель — достоверно экспериментальные результаты в таких условиях и лучшее понимание того, как изменение температуры и доступность металлов влияют на микробную активность в глубоких слоях океана.
Цинь также является сотрудником Института геномной биологии Карла Р. Везе.
Национальный научный фонд, Фонд Саймонса, Национальный фонд производителей наук Китая, Университет Иллинойса в Урбане-Шампейн и Университет Оклахоми провели это исследование.