Долгое время полагалось, что глубоководные участки океана характеризуются недостатком питательных веществ, и микроорганизмы, населяющие эти слои, существуют благодаря крайне скудным ресурсам. Тем не менее, недавнее исследование, осуществленное биологами из Университета Южной Дании, показало, судя по анализу концентрации питательных веществ на определенной глубине, их количество может быть значительным, и микроорганизмы получают доступ к ранее неиспользованному источнику растворенных органических соединений.
По мере опускания к дну, так называемый морской снег, начинает высвобождать углерод и азот в растворённом виде, когда достигает глубины 2–6 километров. Это обеспечивает питательными веществами микроорганизмы, обитающие в воде вокруг него. Причиной этого явления является высокое гидростатическое давление, характерное для глубин океана.
«Давление оказывает воздействие, подобное работе мощной соковыжималки, — отмечает биолог Питер Стиф, автор исследования. — Оно извлекает растворенные органические вещества из частиц, которые немедленно используются микроорганизмами». Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Science Advances. В соответствии со статьей, тонущие частицы способны высвобождать до 50 % изначального углерода и 58–63 % изначального азота.
Данное открытие также влияет на понимание глобального углеродного цикла. Если частицы теряют ощутимое количество углерода прежде, чем опускаются на дно океана, то в глубоководных отложениях накапливается меньшее количество углерода, чем предполагалось ранее.
Растворенный углерод продолжает оставаться в глубоких слоях океана, где может удерживаться от сотен до тысяч лет, прежде чем вернуться в поверхностные воды и атмосферу. Вместе с тем, в осадочных породах углерод способен сохраняться в течение миллионов лет, постепенно накапливаясь в значительных объемах. Именно таким образом сформировались основные запасы нефти и газа, которые мы извлекаем в настоящее время.
«На это влияет и то, какое количество углерода способен удерживать океан, и в течение какого периода времени», — отмечает Питер Стиф. «Это имеет значение для изучения климатических изменений». В естественной среде тонущие частицы образуют небольшие скопления органических веществ, включающие остатки водорослей, микроорганизмы и другие органические соединения, находящиеся в воде. При слиянии и оседании на дно они приобретают структуру, напоминающую снежинку, поэтому их нередко называют морским снегом.
В рамках данного исследования ученые создали искусственный морской снег из диатомовых водорослей в лабораторных условиях. Диатомовые водоросли – это микроскопические водоросли, которые в естественной среде океана объединяются, формируя морской снег. Для оценки объема углерода и азота, высвобождаемого ими под давлением, образцы поместили в специально разработанные вращающиеся резервуары. Это позволило поддерживать частицы во взвешенном состоянии, предотвращая их оседание.
В ходе исследований установлено, что в процессе погружения частицы способны терять до 50% углерода. Освобождающиеся вещества преимущественно состоят из белков и углеводов, которые легко усваиваются микроорганизмами, живущими в водной среде.
Проведенные исследования продемонстрировали быструю реакцию микроорганизмов. Всего за два дня популяция бактерий увеличилась в тридцать раз, а интенсивность их дыхания значительно возросла. Это свидетельствует о том, что органические соединения, поступившие в воду, выступают в роли оперативного и важного источника энергии на значительной глубине.
Аналогичные особенности наблюдаются у большого числа диатомовых водорослей, что указывает на вероятную распространенность этого механизма в океанической среде. В дальнейшем планируется найти подтверждения описываемого процесса, осуществляя поиск соответствующих молекулярных маркеров в различных слоях воды – как в поверхностных, так и в глубинных. Ученые рассчитывают получить необходимые данные в ходе предстоящей арктической экспедиции.
[Фото: ru.123rf.com]