Исследование обнаружило, что для процветания фитопланктона требуется несколько питательных веществ

Фитопланктон, одноклеточные фотосинтезирующие микроорганизмы, играет фундаментальную роль в глобальном углеродном цикле и служит основой морских пищевых сетей. Продуктивность фитопланктона в глобальном масштабе регулируется доступностью необходимых питательных веществ, таких как азот и железо. Исследователи из Центра океанических исследований имени Гельмгольца GEOMAR в Киле теперь смогли показать, что рост фитопланктона на обширных акваториях океана ограничен не одним, а несколькими питательными веществами одновременно. Исследование было опубликовано сегодня в ведущем научном журнале Nature.

Потоки питательных веществ в поверхностный слой океана меняются. Такие изменения почти наверняка повлияют на продуктивность фитопланктона и затронут морские пищевые сети и углеродный цикл. Но как именно? Чтобы ответить на этот вопрос, важно знать, какие именно питательные вещества ограничивают рост фитопланктона в океане. Измерения концентраций питательных веществ в океане показали повсеместное истощение нескольких элементов одновременно. Однако до сих пор ни одно экспериментальное исследование не продемонстрировало убедительно так называемое со-лимитирование роста более чем одним питательным веществом на больших площадях океана.

Международная исследовательская группа под руководством морского биогеохимика доктора Томаса Браунинга из GEOMAR показала, что в обширных регионах Южной Атлантики для стимуляции какого-либо роста фитопланктона требовалась комбинация двух питательных веществ, а в некоторых случаях для максимального роста требовались три отдельных вещества. «Со-лимитирование питательными веществами предлагалось много раз ранее. Однако нам впервые удалось доказать это экспериментально на больших океанографических просторах», — говорит доктор Браунинг.

Исследование основано на результатах экспедиции, проведенной в рамках международной программы GEOTRACES на немецком исследовательском судне METEOR у юго-западного побережья Африки в ноябре-декабре 2015 года. На многочисленных станциях вдоль маршрута протяженностью в тысячи километров доктор Браунинг отбирал пробы воды для экспериментов, в которые добавлялись азот, железо и кобальт во всех возможных комбинациях, а затем инкубировались в условиях, имитирующих океан.

Были также обнаружены пространственные закономерности в питательных веществах, ограничивающих рост фитопланктона. В то время как в некоторых пробах ближе к побережью одно питательное вещество значительно увеличивало рост, в пробах из открытого океана для стимуляции роста требовалось как минимум два вещества. «Еще одним ключевым выводом было то, что мы обнаружили, что эти режимы лимитирования можно согласовать с измеренными концентрациями питательных веществ в окружающей морской воде», — отмечает доктор Браунинг.

Этот последний результат важен, поскольку предполагает возможность делать прогнозы о лимитировании питательными веществами в более крупных масштабах, используя новые данные из программ, таких как GEOTRACES. Результаты также имеют значение для глобальных моделей океана. «Многие биогеохимические модели еще не адекватно учитывают важность со-лимитирования питательными веществами. Наше исследование может помочь улучшить его представление в моделях», — говорит доктор Браунинг.