Как гипоксия способствует накоплению органического углерода в прибрежных экосистемах

Недавно в журнале Science China Earth Sciences была опубликована статья о трансформации органического вещества микроорганизмами в бескислородных/гипоксичных условиях. В связи с усилением эвтрофикации водоемов и глобальным потеплением, гипоксия всё чаще возникает в прибрежных водах. В данном исследовании ученые провели эксперимент, чтобы изучить изменения микробного сообщества и молекулярных характеристик растворенного органического вещества (DOM) в условиях низкого содержания кислорода.

Трансформация DOM, опосредованная микробами, сравнивалась в разных средах (естественная и искусственная морская вода с ламинарином и без него) при различных уровнях растворенного кислорода (7, 5 и 2 мг·л⁻¹). Различия в составе DOM между группами исследовались с помощью спектроскопического анализа и масс-спектрометрии с преобразованием Фурье и сверхвысоким разрешением (FT-ICR MS). Эксперименты пролили свет на взаимодействия между микроорганизмами и DOM, а также на процессы и механизмы сохранения DOM в гипоксичной прибрежной экосистеме.

Исследователи обнаружили, что структура микробного сообщества и молекулярные характеристики DOM существенно различались между гипоксичной группой (O₂ < 2 мг·л⁻¹) и двумя другими экспериментальными группами (O₂ = 5 или 7 мг·л⁻¹). Скорость утилизации общего органического углерода (TOC) микроорганизмами снизилась на 36,9%–46,7% в условиях гипоксии.

Рост строго аэробных бактериальных групп, таких как Pseudomonas и Sphingomonas, был подавлен, в то время как Rhodobacteraceae могли полностью разлагать доступное органическое вещество и сохранять относительно высокую численность до конца эксперимента. Белкоподобные флуоресцентные компоненты DOM, такие как тирозин и триптофан, сохранялись, а гумификация DOM значительно снижалась в условиях низкого содержания кислорода.

Доля молекул DOM, содержащих серу, была значительно выше в гипоксичной группе по сравнению с группами с более высокой концентрацией кислорода. Молекулярный индекс ароматичности DOM (отражающий степень устойчивости к разложению) значительно снизился в условиях гипоксии. Результаты эксперимента показали, что снижение микробной активности и смена сообществ привели к сохранению лабильного органического вещества в условиях низкого содержания кислорода.

Исследователи прогнозируют, что больше лабильного органического вещества будет накапливаться в прибрежных водах или захораниваться в осадках по мере расширения гипоксических зон из-за глобального потепления и эвтрофикации. Реакция микробных сообществ на низкую концентрацию кислорода и влияние гипоксии на состав DOM могут обеспечить важную отрицательную обратную связь в морском углеродном цикле и глобальных климатических изменениях.