Исследование раскрывает секреты хранения железа у водорослей

Новое исследование показывает, что стратегии хранения железа у фитопланктона могут определять, какие виды процветают в меняющихся океанах, и влиять на морские пищевые сети. К такому выводу пришли авторы статьи в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, изучив два основных метода хранения железа. Один из них делает виды более устойчивыми к дефициту этого редкого и необходимого элемента.

«Способность фитопланктона запасать железо управляет важными химическими циклами и формирует экологию всего океана, — заявил автор работы Бен Твайнинг, старший научный сотрудник и вице-президент по образованию лаборатории Бигелоу. — Если мы хотим понять, как океаны отреагируют на изменение климата, нам нужно понимать цикл железа».

Исследование сосредоточилось на диатомовых водорослях — одноклеточных водорослях, живущих в стеклянных панцирях и являющихся одной из самых многочисленных групп фитопланктона. Секрет их успеха, по мнению Твайнинга, в том, насколько хорошо они запасают железо — критически важный питательный элемент, дефицитный на 40% площади мирового океана. Диатомеи запасают железо двумя основными способами: хранят молекулы в мешкообразном органе — вакуоли — или химически связывают их в белке ферритине.

Учёные обнаружили, что диатомеи, использующие ферритин, имеют реальное преимущество перед конкурентами. Железо обычно попадает в бедные районы импульсами — из-за штормов, поднимающих богатые железом глубинные воды, или ветров, несущих пыль с далёких земель. Затем следует микроскопическая «гонка»: фитопланктон захватывает железо и использует его для быстрого размножения. Команда выяснила, что диатомеи, производящие ферритин, могли использовать эти периоды изобилия, чтобы подготовиться к последующим продолжительным периодам «железного голода».

«Чем больше орехов может запасти белка, тем выше её шансы пережить трудные времена. Мы считаем, что с фитопланктоном и железом происходит тот же процесс», — пояснил Твайнинг.

По мере того как изменение климата меняет географию распределения железа в мировом океане, некоторые районы станут ещё беднее железом — и это хорошая новость для диатомей, производящих ферритин. Благоприятные условия могут помочь им вытеснить другие типы диатомей, что в конечном итоге повлияет на пищевые сети в их экосистемах и даже на крупные океанические циклы.

К этим выводам исследователи пришли с помощью новых методов. Команда профессора Адриана Маркетти из Университета Северной Каролины использовала технологии секвенирования, чтобы наблюдать за изменением экспрессии генов диатомей при импульсе железа, а Твайнинг измерял количество железа внутри отдельных клеток.