Живые углеродные насосы океана

Когда речь идет о глобальной фиксации углерода — «откачке» углерода из атмосферы и его связывании в органические молекулы в процессе фотосинтеза — точные измерения являются ключом к пониманию этого процесса. По некоторым оценкам, почти половина мирового органического углерода фиксируется морскими организмами под названием фитопланктон — одноклеточными фотосинтезирующими организмами, на долю которых приходится менее одного процента от всей фотосинтетической биомассы Земли.

Ученые из Института Вейцмана — морской микробиолог доктор Ассаф Варди, физик облаков профессор Илан Корен и океанолог доктор Йоав Лехаан — объединили свои знания, чтобы начать раскрывать роль этих крошечных организмов в регуляции содержания углерода в атмосфере.

Несмотря на свои размеры, фитопланктон можно наблюдать из космоса: он размножается в цветениях, которые могут достигать тысяч квадратных километров, окрашивая участки океана, которые можно отслеживать и измерять со спутников. Эти цветения имеют тенденцию быстро расти и внезапно исчезать. Сколько углерода фиксирует такое цветение и что происходит с этим углеродом, когда цветение отмирает? Это отчасти зависит от причины гибели. Если фитопланктон в основном поедается другой морской жизнью, его углерод переходит по пищевой цепи. Однако если фитопланктон гибнет от голода или вирусной инфекции, процесс сложнее. Погибшие организмы, опускаясь на дно, могут унести свой углерод с собой. Но другие могут быть поглощены определенными бактериями в поверхностных водах; эти бактерии удаляют органический углерод и выделяют его обратно в атмосферу через дыхание.

Исследователи задались вопросом, можно ли использовать спутниковые данные для обнаружения признаков гибели цветения из-за вирусной инфекции — явления, которое Варди изучал в природных океанических цветениях и в лаборатории. В ходе недавней исследовательской экспедиции у берегов Исландии с коллегами из Университета Рутгерса и Океанографического института Вудс-Хоул ученым удалось собрать данные о взаимодействии водорослей и вирусов и их влиянии на углеродные циклы в океане.

Комбинируя спутниковые данные с полевыми измерениями, они впервые смогли измерить влияние вирусов на цветение фитопланктона в обширных районах открытого океана. Для этого ученым сначала пришлось выделить особые участки океана, где такие физические процессы, как течения, не влияли на цветения, чтобы наблюдать только биологические эффекты. Затем, отследив жизненный цикл одного из таких цветений, они смогли количественно оценить роль вирусов в его гибели. Их выводы были подтверждены данными, собранными в исследовательской экспедиции в Северной Атлантике.

Ученые подсчитали, что пятно водорослей площадью около 1000 км², которое формируется за одну-две недели, может фиксировать около 24 000 тонн органического углерода — что эквивалентно площади тропического леса аналогичного размера. Поскольку вирусная инфекция может быстро уничтожить целое цветение, возможность наблюдать и измерять этот процесс из космоса может внести значительный вклад в понимание и количественную оценку оборота углеродного цикла и его чувствительности к стрессовым условиям окружающей среды, включая морские вирусы.