Микроскопические растения океанов — диатомеи — улавливают углекислый газ с помощью биофизических путей

Диатомовые водоросли, крошечные одноклеточные растения размером не более половины миллиметра, обитают в поверхностных водах мирового океана, куда проникает много солнечного света. Несмотря на скромные размеры, они являются одним из самых мощных ресурсов планеты для удаления углекислого газа (CO₂) из атмосферы. В настоящее время они удаляют, или «фиксируют», 10–20 миллиардов метрических тонн CO₂ ежегодно в процессе фотосинтеза. Однако мало что известно о том, какие биологические механизмы используют диатомеи и могут ли эти процессы стать менее эффективными из-за роста кислотности океана, температуры и, в частности, концентрации CO₂. Новое исследование в Frontiers in Plant Science показывает, что диатомеи преимущественно используют один путь для концентрирования CO₂ вблизи углеродфиксирующего фермента, и этот путь продолжает работать даже при более высоких концентрациях CO₂.

Исследование отвечает на ключевой вопрос о том, как морские диатомеи могут отреагировать на будущее увеличение уровня атмосферного CO₂. Учёные обнаружили, что, несмотря на изменчивость уровня CO₂ в поверхностных водах, экспрессия генов и количество пяти ключевых ферментов, используемых в фиксации углерода, не меняются. Это указывает на высокую эффективность диатомей в концентрировании CO₂ внутри клетки даже при современных уровнях CO₂.

«Мы показываем, что морские диатомеи чрезвычайно эффективны в фиксации атмосферного CO₂ даже при современном его уровне — а изменчивость уровней CO₂ в поверхностной морской воде не повлияла на экспрессию генов и количество пяти ключевых ферментов, используемых в фиксации углерода», — говорит руководитель исследования доктор Хаиманта Бисвас из Национального института океанографии CSIR (Совет по научным и промышленным исследованиям), Индия. Это объясняет их способность фиксировать почти пятую часть глобального углерода на Земле.

Чтобы понять, какой механизм используют диатомеи для концентрирования CO₂, учёные проанализировали набор данных исследовательской экспедиции Tara Oceans, собравшей пробы морского планктона по всему миру с 2009 по 2013 год. Анализ более 200 метагеномов и 220 метатранскриптомов показал, что один фермент — карбоангидраза — примерно в десять раз более распространён, чем другие. Это подтверждает, что диатомеи активно закачивают растворённый CO₂ внутрь клетки. Также были обнаружены сложные паттерны экспрессии генов ключевых ферментов, варьирующиеся в зависимости от широты и температуры.