Потепление океана угрожает микробу, который производит почти треть кислорода на Земле

Жизнь на Земле невозможна без фотосинтеза, благодаря которому солнечная энергия питает большую часть пищевых цепей планеты. Эту роль выполняют растения, водоросли и цианобактерии, но особое место занимает прохлорококк – самый распространенный фотосинтезирующий организм на Земле. Несмотря на свои микроскопические размеры, этот морской микроб обеспечивает почти треть кислорода на планете и служит ключевым звеном в пищевых цепях океана и за его пределами.

Однако новое исследование показало, что Prochlorococcus и зависящие от него экосистемы могут быть значительно чувствительнее к росту температуры океана, чем предполагалось ранее. Прохлорококки встречаются повсеместно – их можно найти более чем в 75% солнечно освещенных поверхностных вод океана. Особенно много их в тропиках и соседних регионах, где они отлично приспособлены к теплой среде с низким уровнем питательных веществ.

Поскольку прохлорококки хорошо приспособлены к теплу, некоторые ученые предполагали, что при дальнейшем росте температуры океана, вызванном сжиганием ископаемого топлива и сокращением естественных углеродных поглотителей, их распространение может даже увеличиться. Однако новое исследование ставит это под сомнение: более высокая температура не всегда создает благоприятные условия для Prochlorococcus. По данным авторов, оптимальная температура для этих микробов находится в пределах 19-28 °C, тогда как прогнозы показывают, что в течение ближайших 75 лет многие тропические и субтропические воды превысят этот предел. Чтобы разобраться в этом, ученые проанализировали около 800 миллиардов клеток Prochlorococcus, собранных за 13 лет в ходе 90 научных экспедиций. Для этого они использовали проточный цитометр, созданный совместно с Рибалетом и специально предназначенный для выявления мельчайших частиц фитопланктона, включая Prochlorococcus. Количество микробов измеряли с помощью лазера на борту судна, а затем применяли статистическую модель, основанную на стандартных методах оценки роста Prochlorococcus, при этом минимально воздействуя на сами клетки.

Ученые заметили, что скорость деления клеток менялась в зависимости от широты, и связали это с изменениями температуры воды, а не с интенсивностью солнечного света или уровнем питательных веществ. Микробы лучше всего развивались в теплой воде с температурой от 19 до 28 °C, но при ее повышении их состояние резко ухудшалось. При температуре выше 30 °C деление клеток замедлялось до одной трети от скорости, характерной для нижней границы оптимального диапазона.

Тропические моря бедны питательными веществами из-за высокой температуры, что ограничивает циркуляцию минералов из глубоких вод. Прохлорококки и другие цианобактерии приспособились к таким условиям разными способами: например, уменьшили размер клеток и сократили геном до самого необходимого. Хотя это облегчение "генетического багажа" давало преимущества, оно могло лишить микробов древних генов, отвечающих за стрессовые реакции, что теперь снижает их устойчивость к быстро растущим температурам. Это создает возможности для Synechococcus – другой группы цианобактерий, которая вместе с Prochlorococcus обычно доминирует в тропических и субтропических водах.

Synechococcus способен переносить более теплую воду, но требует больше питательных веществ. Насколько он сможет занять нишу, освободившуюся после сокращения популяции прохлорококка, и как это скажется на пищевых цепях, пока остается неизвестным. Согласно исследованию, к концу века продуктивность Prochlorococcus в тропиках может сократиться на 17% при умеренном потеплении и на 51% при более сильном. В мировом масштабе снижение составит примерно 10% при умеренном и 37% при экстремальном потеплении. Авторы подчеркивают, что у работы есть ограничения, включая методологию, которая может не учитывать редкие термоустойчивые штаммы. Хотя данные охватывают разные районы океана, многие важные тропические зоны пока не изучены.