Дефицит железа сдерживает морские микроорганизмы

Железо является критически важным питательным веществом в океане. Его значение для водорослей и азотного цикла уже подробно изучено. Теперь новое открытие показывает, что микроорганизмам также необходимо железо для усвоения фосфора. Исследователи из Центра океанических исследований GEOMAR им. Гельмгольца в Киле и Университета Саутгемптона (Великобритания) опубликовали в международном журнале Nature Communications результаты, показывающие, что железо может лимитировать доступность фосфора в океане. Их исследование вносит вклад в понимание цикла питательных веществ.

Ученые часто описывают тропический океан как «голубую пустыню». Это связано с ограниченным ростом одноклеточных водорослей по сравнению с другими регионами океана. Рост этих водорослей зависит от таких питательных веществ, как азот и фосфор. В то же время другие морские организмы зависят от этих «океанических растений» для питания и выживания.

«В принципе, азот и фосфор присутствуют даже в тропическом океане. Но часто эти элементы включены в части отмерших растений и животных, которые опускаются на дно», — объясняет ведущий автор доктор Томас Браунинг из GEOMAR.

Микробы могут получить доступ к этим скрытым питательным веществам, перерабатывая органическое вещество с помощью ферментов. В результате такие элементы, как фосфор, снова становятся доступными. Но, как объясняют исследователи, для работы ферментам требуются такие микроэлементы, как железо.

«Если посмотреть на глобальное распределение питательных веществ в океанах, можно увидеть региональные различия. Интересно, что из предыдущих наблюдений мы знаем, что в регионах, где рост водорослей лимитирован, не все доступные запасы питательных веществ используются. Но почему?» — говорит доктор Браунинг.

Во время исследовательского рейса команда искала ответ на этот вопрос. В полевых экспериментах в морскую воду добавляли железо и наблюдали за активностью микробных ферментов. «Мы обнаружили, что на активность широко распространенной группы микробных ферментов влияет доступность железа в морской воде», — отмечает Браунинг.

Результаты помогли подтвердить гипотезу, выдвинутую в более раннем исследовании ученых из Оксфордского университета. «Они экспериментально показали, что микробным ферментам для обработки фосфора нужно железо, и предположили, что это может быть важно и в океане. Мы впервые подтвердили, что это действительно так», — говорит Браунинг.

Среди ключевых питательных веществ азот считается основным фактором, ограничивающим рост водорослей в океане. Однако дополнительное поступление азота в мировой океан в результате деятельности человека может изменить эту ситуацию в будущем. Ограничение по фосфору может стать более распространенным, и, следовательно, ожидается, что присутствие железа будет играть важную роль. С точки зрения экологических циклов в океане этот сдвиг повлияет на водоросли, их производство кислорода и способность поглощать CO₂ из атмосферы.