Исследователи изучают роль океанических микробов в климатических эффектах

Новое исследование показывает, что «горячие точки» питательных веществ вокруг фитопланктона — крошечных морских водорослей, производящих примерно половину кислорода, которым мы дышим каждый день, — играют непропорционально большую роль в выделении газа, участвующего в образовании облаков и регулировании климата.

Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, впервые количественно оценила, как специфические морские бактерии перерабатывают ключевое химическое вещество — диметилсульфониопропионат (DMSP). Его в огромных количествах производят микроорганизмы океанов (более миллиарда тонн в год), и на него приходится 10% углерода, усваиваемого фитопланктоном. Именно фитопланктон является основным «стоком» для углекислого газа. Однако до сих пор было плохо изучено, как это соединение перерабатывается и как его разные химические пути влияют на глобальные циклы углерода и серы.

DMSP может расщепляться бактериями по двум основным путям. Путь деметилирования производит питательные вещества на основе углерода и серы для поддержания роста микробов. Путь расщепления (кливажа) производит газ диметилсульфид (DMS), который отвечает за характерный запах моря. DMS — это основной биогенный источник серы, попадающей в атмосферу из океанов. В атмосфере соединения серы служат ключевым источником конденсации для молекул воды, влияя на режим осадков и отражательную способность атмосферы через образование облаков, что крайне важно для климатических моделей.

Используя генетически модифицированные морские бактерии Ruegeria pomeroyi, ученые обнаружили, что выбор пути расщепления DMSP регулируется его локальной концентрацией. Ниже примерно 10 микромолей доминирует деметилирование, а выше — путь, производящий DMS. Ключевое открытие заключается в том, что концентрация, при которой доминирует образование DMS, «на порядки выше средней концентрации в океане». Это означает, что основной вклад в глобальное производство DMS вносят не средние условия океана, а микромасштабные «горячие точки» с высокой концентрацией DMSP, окружающие клетки фитопланктона, где концентрация может быть в тысячи раз выше средней. Эксперименты по совместному культивированию подтвердили, что бактерии активируют DMS-продуцирующий путь именно вблизи фитопланктона.

Это исследование помогает понять, как коллективное поведение микроскопических морских организмов через такие локальные «горячие точки» влияет на глобальные биогеохимические и климатические процессы.