Микробы управляют сдвигами режимов, вызывающими аноксию в озерах и морях

Постепенные изменения окружающей среды из-за эвтрофикации и глобального потепления могут вызвать быстрое истощение уровня кислорода в озерах и прибрежных водах. Новое исследование под руководством профессоров Йефа Хёйсмана и Герарда Мёйзера из Амстердамского университета (UvA) показывает, что микроорганизмы играют ключевую роль в этих катастрофических сдвигах режимов. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Communications 6 октября.

Сдвиги режимов — это резкие, значительные и устойчивые изменения в структуре и функциях экосистем, вызванные постепенными изменениями условий окружающей среды. Ученые из UvA и Эдинбургского университета разработали математическую модель для изучения взаимодействия между видовым составом микробов и концентрацией растворенного кислорода. Они обнаружили, что озера могут находиться в двух альтернативных стабильных состояниях: богатом кислородом и бескислородном. Переходы между ними происходят в форме сдвига режима.

Одним из следствий этого сдвига является сложность возврата к богатым кислородом условиям. Система демонстрирует гистерезис. Как только вода становится аноксичной, высокие концентрации сульфида, поддерживаемые анаэробными серными бактериями, стабилизируют бескислородные условия. В результате для возврата к прежнему оксичному состоянию требуется значительно больший приток кислорода, чем тот, который изначально перевел систему в аноксичное состояние.

Исследователи наблюдали за небольшим озером с сезонной аноксией в глубоких слоях воды, чтобы проверить предсказания модели. Озеро продемонстрировало гистерезис при переходе между оксичными и аноксичными условиями, а изменения в составе микробного сообщества соответствовали прогнозам модели. Авторы указывают, что подобные оксично-аноксичные сдвиги режимов, вероятно, происходили в глобальном масштабе в геологическом прошлом Земли, когда обширные области океана теряли кислород в периоды глобального потепления и высоких концентраций CO₂ в атмосфере. По мнению профессоров Хёйсмана и Мёйзера, эти результаты служат предупреждением: продолжающаяся эвтрофикация и потепление озер и морей могут подтолкнуть эти экосистемы за критическую точку перелома, вызвав быстрые переходы от оксичных к аноксичным условиям, которые трудно обратить вспять.