Группа ученых, работающих под эгидой Университета Южной Дании (SDU), совершила открытие, способное кардинально пересмотреть устоявшиеся представления о жизнедеятельности глубоководных микроорганизмов и глобальном углеродном цикле. Вопреки прежним догадкам, согласно которым глубокие слои океана являются крайне бедной питательной средой, новое исследование демонстрирует наличие скрытого источника пищи, активируемого чудовищным гидростатическим давлением. Как выяснилось, крошечные частицы, напоминающие так называемый морской снег, в процессе погружения выделяют растворимые формы углерода и азота, которые немедленно становятся доступными для местных микробов.
Сам морской снег представляет собой скопление мельчайших комочков, состоящих из отмерших организмов, бактерий и прочего детрита, дрейфующих в толще воды. В ходе исследования было установлено, что на глубинах от 2 до 6 километров колоссальное давление, подобно гигантскому прессу, начинает буквально выжимать из этих частиц растворенное органическое вещество. Как образно выразился первый автор работы, биолог и доцент исследовательских центров Nordcee и Датского центра исследований Хадала Питер Стиф: «Давление осуществляется почти как гигантская соковыжималка. Оно выжимает растворенные органические соединения из частиц, и микробы могут немедленно их использовать». Результаты этого труда были опубликованы в авторитетном журнале Science Advances в статье, озаглавленной «Гидростатическое давление вызывает сильную утечку растворенных веществ из частиц „морского снега“».
В зависимости от исходной плотности частиц, тонущий морской снег, согласно полученным данным, может терять до 50% своего первоначального углерода и от 58% до 63% азота на пути к океанскому дну. Эти цифры красноречиво свидетельствуют о масштабах процесса высвобождения питательных веществ, который ранее оставался незамеченным.
Открытие, меняющее представление об углеродном цикле
Обнаруженный механизм имеет далеко идущие последствия для понимания того, как функционирует углеродный цикл Земли. Долгое время научное сообщество придерживалось мнения, что значительная часть углерода, переносимого морским снегом, в конечном итоге захоранивается в донных отложениях океана. Однако если существенная доля этого углерода улетучивается еще до того, как частицы достигают морского дна, то объем углерода, который постоянно хранится в осадках, может оказаться гораздо меньше, чем предполагалось ранее.
Вместо захоронения большая часть высвобожденного органического вещества остается в толще воды во взвешенном состоянии. Там оно может циркулировать на протяжении сотен или даже тысяч лет, прежде чем медленные океанские течения вынесут его на поверхность и, в конечном счете, в атмосферу. В противоположность этому, углерод, который все же оказывается погребенным в глубоководных отложениях, способен оставаться заблокированным на миллионы лет, постепенно накапливаясь. Как отмечает Питер Стиф, именно из этого длительного процесса захоронения образовалась большая часть современной нефти и природного газа. «Этот процесс влияет на то, сколько углерода может хранить океан и как долго, — подчеркивает ученый. — Это важно для понимания климатических процессов и улучшения будущих моделей».
Чтобы воспроизвести и детально изучить данный процесс, исследователи из SDU создали в лабораторных условиях искусственные аналоги морского снега. Для этого они использовали диатомовые водоросли — микроскопические организмы, которые в природе слипаются вместе, образуя те самые тонущие частицы. Команда поместила полученные искусственные частицы в специально сконструированные вращающиеся резервуары, способные выдерживать высокое давление. Эта уникальная установка позволяла удерживать морской снег во взвешенном состоянии, не давая ему оседать, и одновременно измерять, сколько углерода и азота улетучивается в условиях, идентичных тем, что царят в глубоких слоях океана.
Проведенные эксперименты наглядно продемонстрировали, что половина содержащегося в частицах углерода вытекает при их погружении. Выяснилось, что большая часть выброшенного материала состоит из белков и других микроэлементов, которые могут быть легко усвоены свободноживущими глубоководными микробами. Реакция микроорганизмов на этот внезапный приток питательных веществ оказалась практически мгновенной: всего за два дня численность микробных вспышек увеличилась в 30 раз, а их метаболическая активность резко возросла. Эти данные подтверждают, что растворимые органические вещества, вытекающие из морского снега, служат быстрым и крайне ценным источником энергии для обитателей больших глубин. Более того, исследователи наблюдали идентичную картину диффузии у нескольких различных видов диатомовых водорослей, что, по их мнению, указывает на широкую распространенность этого механизма в мировом океане.
н во всем мировом океане.
Следующая остановка: Северный Ледовитый океан
Следующий этап исследования раскрывается из лаборатории в открытом океане.
Команда планирует искать молекулярные следы этого процесса как в поверхностных, так и в неизменных водах во время будущих экспедиций в Арктику на немецком исследовательском корабле Polarstern . Обнаружение этих признаков в природе помогает гарантировать утечку, вызванную воздействием, наблюдаемую в лаборатории, происходящую по всему Европейскому океану.
Исследование «Гидростатическое давление, вызывающее силовую утечку растворенных веществ из «морского снега»»; частицы," авторами стали Питер Штиф, Ютта Ниггеманн, Марго Блай, Хаген Бак-Визе, Урбан Вюнш, Михаэль Штайнке, Ян-Хендрик Хехеманн и Ронни Н. Глуд.
Исследование было под контролем Датского национального исследовательского фонда, программы исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 и Независимого исследовательского фонда Дании.