Окисление океана — пределы адаптации

Учёные из Центра океанических исследований им. Гельмгольца GEOMAR в Киле и Института экологии рыболовства Тюнена в ходе беспрецедентного эволюционного эксперимента показали, что важнейшая одноклеточная обызвествляющая водоросль мирового океана, Emiliania huxleyi, способна адаптироваться к окислению океана лишь до определённого предела. Доказательство принципиальной возможности эволюционной адаптации учёные GEOMAR получили ещё в 2012 году. Однако спустя четыре года после начала эксперимента темпы роста водоросли улучшились лишь незначительно. Потенциал адаптации Emiliania huxleyi оказался ниже, чем изначально ожидалось. Даже после четырёх лет эволюции водоросль не смогла полностью компенсировать негативное влияние на свой рост, объясняет автор исследования д-р Лотар Шлютер. Результаты, полученные в рамках кластера передового опыта «Океан будущего» и немецкой исследовательской сети BIOACID, опубликованы в журнале Science Advances.

Эксперимент начался с одной клетки водоросли из норвежского фьорда Рауне. В лаборатории клетки делились примерно раз в сутки, что позволило получить множество генетически идентичных культур. Пять культур содержались при постоянной температуре и трёх разных концентрациях CO₂: контрольной (современные условия), соответствующей самому пессимистичному прогнозу МГЭИК до конца века, и максимально возможной степени окисления.

Спустя четыре года, или 2100 поколений водорослей, учёные сделали вывод: клетки адаптированных популяций делились значительно быстрее неадаптированных в условиях окисления океана. Однако их приспособленность улучшилась лишь незначительно. После первого года относительные темпы роста немного увеличились, но в дальнейшем прогресс почти остановился, что контрастирует со многими другими эволюционными экспериментами. По-видимому, адаптация имеет свои пределы.

Одноклеточные обызвествляющие водоросли, такие как Emiliania huxleyi, запасают CO₂ в своих карбонатных пластинках (кокколитах). Эти пластинки, действуя как балласт, важны для транспорта углерода на глубину и, следовательно, для способности океанов поглощать CO₂ из атмосферы, смягчая последствия изменения климата. Через три года после начала эксперимента продукция карбонатных пластинок у культур, адаптированных к высоким концентрациям CO₂, была ниже, чем у неадаптированных. Учёные были удивлены, что этот эффект не проявился в начале опыта. В отличие от наблюдений 2012 года, теперь исследователи видят, что эволюция усиливает негативное влияние на обызвествление микроводорослей.

При этом адаптированные культуры не утратили способность к образованию карбонатных пластинок полностью. В условиях современных концентраций CO₂ их продукция была такой же высокой, как и у нынешних водорослей. Водоросли снижают обызвествление только тогда, когда это для них затратно — именно при окислении океана. Эволюционный ответ фитопланктона оказался гораздо сложнее, чем изначально предполагалось. Лабораторные эксперименты с отдельными видами помогают это понять, что необходимо для оценки того, как глобальные изменения повлияют на углеродный цикл в будущем.