Как изменение климата влияет на микробную жизнь под морским дном

Следы прошлой микробной жизни в осадках у побережья Перу показывают, как микробная экосистема под морским дном реагировала на изменение климата в течение сотен тысяч лет. Ученые из Института морской микробиологии Общества Макса Планка и их коллеги из MARUM и Орхусского университета более десяти лет исследовали микробную жизнь в этой среде. Это «глубинная биосфера», простирающаяся на несколько сотен метров ниже морского дна, населена исключительно микробами и обычно считается стабильной. В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, палеоокеанограф доктор Серхио Контрерас и его бременские коллеги на основе анализа кернов с континентального шельфа Перу показывают, насколько динамичной может быть эта глубоко погребенная экосистема.

Консорциумы микроорганизмов двух разных доменов (археи и бактерии) используют энергию метана, окисляя его с помощью сульфата. Этот процесс, известный как анаэробное окисление метана (AOM), оставляет после себя минеральные и биологические следы. Например, археол, компонент клеточной мембраны архей, — чрезвычайно стабильная молекула, сохраняющаяся тысячи и миллионы лет. Минералы, такие как барит (сульфат бария) и доломит (карбонат кальция и магния), также осаждаются на фронте окисления метана из-за микробной активности.

Чтобы отследить миграцию фронта окисления метана за последние полмиллиона лет, исследователи с высоким разрешением измерили содержание барита, доломита и археола в кернах, полученных во время экспедиции бурового судна JOIDES Resolution в 2002 году. К своему удивлению, они обнаружили слой, сильно обогащенный археолом, баритом и доломитом, расположенный на 20 метров выше современного фронта окисления метана. По оценкам, этот слой сформировался в последний межледниковый период около 125 000 лет назад, а фронт метана должен был быстро мигрировать вниз во время последнего ледникового периода. «Наши данные демонстрируют, насколько быстро микробные сообщества реагируют на изменения океанографических условий, по крайней мере, в геологическом масштабе времени», — объясняет биогеохимик доктор Тим Фердельман.

Для реконструкции быстрых сдвигов глубины фронта метана ученые использовали математическое моделирование. Моделирование ясно показывает, что количество органического детрита, поступающего из высокопродуктивных поверхностных вод Перу, является решающим фактором, определяющим положение фронта метана. Количество углерода, отлагающегося на шельфе, сильно зависит от глобального климата; таким образом, фронт окисления метана поднимался в теплые периоды из-за усиленного осаждения органического углерода и мигрировал вниз с наступлением холодных ледниковых периодов. «Мы можем включить эти новые данные в модели развития прошлых или будущих глубинных биосфер», — заключает доктор Бо Лю, разработавший модель для этого исследования.

Геолог доктор Патрик Майстер подчеркивает значение этого открытия: «Обнаруженные следы являются ключом к истории микробной активности под морским дном и ее динамическому взаимодействию с климатом и океанографией за последние 100 000 лет. Если мы заглянем дальше в прошлое, например, на последний миллион лет, мы можем обнаружить еще более резкие изменения микробной активности в глубокой биосфере».