Крошечные организмы проливают свет на питательные вещества океана

По мере того, как мир нагревается, резкие изменения в морских питательных веществах кажутся ожидаемым следствием повышения температуры океана. Однако в действительности все обстоит сложнее. Новое исследование предполагает, что процессы под поверхностью океана могут контролировать то, что происходит наверху.

Планктон — одни из самых многочисленных и важных организмов океана. Баланс химических элементов внутри них варьируется и имеет решающее значение для формирования многих морских процессов, включая пищевую сеть и глобальный углеродный цикл. Традиционно считалось, что температура контролирует соотношение этих элементов. Однако новое исследование предполагает, что этот баланс во многом зависит от активности в недрах океана с глубины более 300 футов. Работа, проведенная учеными из лаборатории наук об океане Бигелоу, недавно была опубликована в журнале Communications Earth and Environment .

Команда изучила образцы из восьми точек в океанах по всему миру. Они обнаружили, что соотношение азота и фосфора, поступающего из недр океана, контролирует баланс этих питательных веществ в морских микроорганизмах, которые составляют основу здоровья океана. Это открытие может позволить ученым более точно исследовать сложные океанические процессы.

«Это первый раз, когда мы изучили широкий спектр океанических регионов и напрямую измерили баланс питательных веществ в океанских микроорганизмах, что действительно интересно», — сказал Майк Ломас, ведущий автор статьи. «Теперь мы можем применять более реалистичные параметры, основанные на том, что на самом деле движет морской динамикой, к компьютерным моделям, используемым для прогнозирования изменений океана»

На протяжении десятилетий исследователи использовали фиксированное соотношение для оценки баланса углерода, азота и фосфора в морской среде. Ученые и группы, такие как Международная группа экспертов по изменению климата, используют это соотношение в компьютерном моделировании, чтобы делать прогнозы о будущем планеты.

Однако это не обязательно отражает большое разнообразие химических балансов в океане или важную роль, которую организмы играют в круговороте питательных веществ.

«Проблема в том, что фиксированные коэффициенты являются надежными оценками, которые на самом деле не отражают принцип работы биологии», — сказал Ломас. «Более реалистичные, но рискованные и сложные подходы еще не получили широкого распространения».

Чтобы получить более точное представление об этих соотношениях, Ломас непосредственно измерил их в фитопланктоне — некоторых из наиболее важных морских организмов во всем мире. Элементы в клетках этих организмов отражают доступные питательные вещества в их среде обитания и проливают свет на роль биоразнообразия в круговороте питательных веществ.

Фитопланктон исследуют не впервые, чтобы понять уровни питательных веществ в океане, но это самый продвинутый и всеобъемлющий. Команда исследовала фитопланктон по всему миру, чтобы создать снимок трех важнейших питательных элементов в широком диапазоне условий окружающей среды. Традиционно исследователи использовали физические фильтры, чтобы отделить планктон от морской воды перед их исследованием. Однако этот подход также может улавливать бактерии и мельчайшие частицы, что приводит к ошибкам.

В этом исследовании использовалась методика, называемая проточной цитометрией, которая позволяет исследователям исследовать и сортировать от сотен до тысяч клеток в секунду. Это позволило исследователям выделить и изучить только те клетки, которые им были интересны. Это не только дало им более точное представление о различных соотношениях элементов в океане, но и о том, какие процессы ими управляют.

Команда обнаружила, что, вопреки наиболее распространенной гипотезе, соотношение углерода, азота и фосфора в клетках в первую очередь зависело от соотношения азота и фосфора, поступающего из подземного океана в освещенные солнцем воды, где активен фитопланктон. Это было верно для всех мест, независимо от вида фитопланктона или условий окружающей среды.

Ломас надеется, что это улучшенное понимание питательных веществ может быть использовано для лучшего представления о том, как океаны будут реагировать на изменение климата.

«Мы не можем исследовать питательные вещества в каждой отдельной клетке в каждом океане, но мы должны быть уверены, что все контролирующие факторы включены в компьютерные модели», — сказал Ломас. «Объединяя эти результаты с другими передовыми дисциплинами, мы действительно улучшим наше понимание динамики океана и способность прогнозировать будущие условия».