Исследователи обнаружили, что скопления мелких организмов перемешивают питательные вещества в океанских водах
Скопления мелких океанических организмов, известных под общим названием зоопланктон, могут оказывать непропорционально большое влияние на свою среду. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что группы особей длиной в сантиметр, каждая из которых бьет крошечными оперенными ножками, могут в совокупности создавать мощные течения, способные перемешивать воду на глубинах в сотни метров.
Несмотря на то, что работа проводилась в лаборатории, это открытие впервые демонстрирует, что мигрирующий зоопланктон — или, фактически, любой организм — может создавать турбулентность в масштабе, достаточном для перемешивания океанских вод. Это может изменить представления океанологов о глобальных циклах питательных веществ, таких как углерод, фосфат и кислород, и даже о самих океанских течениях.
«Динамика океана напрямую связана с глобальным климатом через взаимодействие с атмосферой, — сказал Джон Дабири, профессор гражданской и экологической инженерии, а также машиностроения. — Таким образом, тот факт, что плавающие животные могут играть значительную роль в перемешивании океана — идея, которая в океанографии долгое время считалась почти еретической, — может иметь последствия далеко за пределами вод, где обитают эти животные».
Дабири, старший автор работы, опубликованной 18 апреля в журнале Nature, добавил, что результаты также помогут ученым понять, как океан захватывает углекислый газ из атмосферы, и приведут к обновлению климатических моделей океана.
Лабораторное подтверждение
Один из самых распространенных зоопланктонов, криль, мигрирует ежедневно гигантскими скоплениями на сотни метров в глубину днем и к поверхности океана ночью для питания.
Дабири и аспирантка Изабель Хоутон решили проверить гипотезу о влиянии миграций на перемешивание не в океане, а в контролируемых условиях больших лабораторных резервуаров с водой. Они создали градиент солености, имитирующий океанические условия, которые необходимо преодолеть для переноса питательных веществ.
В эксперименте использовались артемии (также известные как морские обезьянки) в качестве аналога менее выносливого в лаборатории криля. Их привлекали светом лазера или светодиодов, заставляя мигрировать в резервуаре. Камеры фиксировали движение животных и связанные с ними водные потоки.
Исследователи показали, что турбулентность от отдельных организмов объединяется в гораздо более крупную турбулентную струю в кильватере миграции. Эти потоки оказались достаточно мощными, чтобы необратимо перемешать градиент соли в резервуаре.
«Они не просто перемещали жидкость, которая затем возвращалась на свое место. Все перемешалось необратимо», — сказала Хоутон.
Ранее считалось, что криль и другой зоопланктон могут создавать турбулентность только в своем собственном размерном диапазоне — порядка сантиметров. Теперь же выясняется, что зоопланктон обладает способностью перемешивать океанские воды, по крайней мере, на региональном уровне. Более того, полученные данные могут относиться не только к организмам вроде криля в верхнем километре океана, но и к медузам, кальмарам, рыбам и млекопитающим, плавающим еще глубже, потенциально перемешивая всю толщу воды.
Следующим шагом будет проверка этих выводов в океане, в том числе у побережья Калифорнии и в антарктических водах. Если эффект подтвердится, это может коренным образом изменить представления о роли животных в формировании их водной среды и, потенциально, нашего климата на суше.