Кальцификация — окупится ли она в океане будущего?

Международная исследовательская группа рассчитала затраты и выгоды кальцификации для фитопланктона и влияние изменения климата на их важную роль в мировом океане.

Одноклеточный фитопланктон играет ключевую роль в морском биогеохимическом цикле, пищевых сетях и глобальной климатической системе. Особую группу составляют кокколитофориды, которые покрывают себя щитками из карбоната кальция — кокколитами. С их помощью одни виды создают непроницаемую броню, другие — острые шипы, третьи используют их как зонтики от солнца или воронкообразные коллекторы света. Однако этот процесс требует много энергии, а цена за сложный панцирь может возрасти из-за глобальных изменений. С помощью новой модели исследователи проанализировали энергетические затраты и преимущества кальцификации. Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, показывают, что экологическая ниша для кальцифицирующих водорослей в будущем сузится.

«Кальцификация у кокколитофоридов требует высоких энергозатрат, но приносит множество преимуществ, позволяющих существующему разнообразию их экологии и форм», — отмечает ведущий автор исследования доктор Фанни Монтейро. В будущем океане баланс между изменяющимися экологическими и физиологическими затратами на кальцификацию и её преимуществами в конечном итоге определит, как эта важная группа будет затронута окислением океана и глобальным потеплением. Есть признаки, что их распространение в океанах меняется.

Для оценки цели создания сложного панциря и последствий глобальных изменений исследователи из Германии, Великобритании, Франции и США объединили данные эволюционной истории, клеточной биологии, лабораторных, полевых и модельных экспериментов. Предположительно, водоросли изначально строили свои известковые оболочки для защиты от хищников, но разнообразие форм развилось для использования дополнительных преимуществ.

Более 200 видов кокколитофоридов производят до 10% биомассы в океанах и поддерживают морской углеродный цикл. На их карбонатных пластинках органическое вещество опускается на дно, позволяя поверхностным слоям поглощать новый CO₂ из атмосферы. Способность этих организмов выполнять свои функции в будущем зависит от того, сколько дополнительной энергии им придется тратить на кальцификацию, и от реакции их конкурентов. Рост концентрации растворенного CO₂ слегка стимулирует фотосинтез, но сопутствующее снижение pH (окисление океана) затрудняет кальцификацию. «По сравнению с другими планктонными организмами кокколитофориды окажутся в невыгодном положении. Их сокращение также повлияет на климатическую систему», — поясняет соавтор работы доктор Леннарт Бах. Поэтому новые модельные подходы важны для изучения того, как растущие энергозатраты на кальцификацию будут окупаться в будущем.