Исследователи изучают изменяющуюся роль планктона в хранении углерода в глубинах океана

Микроскопический фитопланктон Emiliania huxleyi играет огромную роль в извлечении углерода из атмосферы и его секвестрации в глубинах морей. Однако эта роль может измениться по мере потепления и закисления океанской воды, как показала исследовательская группа из Университета штата Сан-Франциско (SF State).

В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Global Change Biology, профессор Джонатан Стиллман и его коллеги продемонстрировали, как вызванные климатом изменения источников азота и уровня CO₂ в морской воде могут совместно сделать Emiliania huxleyi менее эффективным агентом для хранения углерода в глубоком океане — крупнейшем в мире поглотителе углерода. Изменения в этом массивном стоке углерода могут критически повлиять на будущий климат планеты.

Плавающий в верхних, освещенных солнцем слоях океана фитопланктон образует сложные кальцитовые пластины — кокколиты. Они формируют тяжелую оболочку, которая в итоге опускается на глубину. «Около 80% неорганического углерода, улавливаемого там, приходится на такие кокколиты», — отметил Стиллман. Ученые исследовали, как закисление океана и изменения в его азотном цикле — характерные признаки потепления — влияют на формирование кокколитов. В лаборатории они вырастили более 200 поколений Emiliania huxleyi, регулируя уровень CO₂ и тип азота в воде.

Было обнаружено, что высокий уровень CO₂ (делающий воду более кислой) вместе со сдвигом в преобладающем типе азота с нитратов на аммоний оказывает «синергетический эффект» на биологию и рост фитопланктона. В частности, кокколиты, сформированные в условиях высокого CO₂ и высокого уровня аммония, были неполными или полыми и содержали меньше обычного количества неорганического углерода. «Соотношение неорганического и органического углерода важно, — пояснил Стиллман. — Рост неорганического углерода увеличивает балласт твердой оболочки, заставляя ее тонуть. Без этого углерод с большей вероятностью будет возвращен в атмосферу Земли».

Emiliania huxleyi обычно использует нитраты, но этот источник азота может стать менее доступным по мере потепления и закисления океанов. В открытом океане нитраты поднимаются из глубинных вод, но утолщающийся слой теплой поверхностной воды может подавлять это апвеллинг. В то же время более теплые температуры благоприятствуют бактериям, превращающим рециркулирующий азот в аммоний, а закисление подавляет бактерии, превращающие аммоний в нитрат. «Вероятно, в будущем поверхность океана будет содержать больше аммония», — предположил Стиллман. Метаболизм аммония вместо нитратов требует иных биохимических компонентов, что влияет на эффективность создания клетками кокколитов.

Это первое исследование, рассматривающее переплетенные эффекты закисления океана и изменений азота на фитопланктон, а также одно из первых, наблюдающих эти эффекты непрерывно в течение длительного времени, что повышает вероятность подобной реакции в самом океане.