Основа пищевых цепочек и регулятор климата, морской планктон адаптировал состав клеточных мембран к условиям окружающей среды. Глобальное исследование выявило, какие изменения происходили в разных регионах Мирового океана. В холодных водах планктон использовал более короткие жирные кислоты, а в теплых — переходил на липиды без фосфора.
Мембраны клеток планктона, состоящие из липидов, обеспечивают гибкость и защиту. Состав этих молекул влияет на выживание организмов при изменении температуры, освещенности и доступности питательных веществ. Лабораторные эксперименты давно показали способность планктона менять структуру липидов, однако как это происходит в реальном океане оставалось неизвестным.
Предыдущие исследования изучали известные липиды, пренебрегая неизвестными молекулами. Новое исследование позволяет анализировать все типы липидов, включая те, структура которых еще не определена. Благодаря этому удалось понять, как планктон адаптируется к экстремальным условиям — от полярных вод до тропических глубин.
В 2022 году учёные Центра морских исследований Бременского университета и Вудсхолского океанографического института проанализировали данные о липидах планктона из более чем 930 образцов Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов. Образцы были взяты на глубинах до 400 метров. Результаты… опубликованы в журнале Science Advances.
Учёные использовали сетевой анализ для группировки липидов по сходным распределениям в воде. Это выявило шестнадцать кластеров молекул, каждый из которых ассоциирован с конкретными условиями. Например, в холодных полярных и субполярных областях планктон использовал более короткие цепи жирных кислот для сохранения текучести мембран. Средняя длина цепей сократилась с пятнадцати до четырнадцати атомов углерода при переходе от тропиков к полюсам.
В теплых приповерхностных водах тропиков с низким содержанием фосфора преобладают липиды, не содержащие это вещество, такие как бетаины. гликолипидыДоля составляла 60% от общего количества молекул. На глубине 100–150 метров, где проникает меньше света, планктон увеличивал производство ненасыщенных жирных кислот. Эти соединения помогают поддерживать функции мембран при слабом освещении.
Ученые обратили особое внимание на зону глубокого хлорофиллового максимума DCM — слой воды с максимальной концентрацией фитопланктона. В тропических и субтропических регионах в этом слое обнаружили повышенное содержание полиненасыщенных жирных кислот, таких как эйкозапентаеновая кислота EPA. Уровень концентрации в данном слое составил на 35% больше, чем в приповерхностных водах. Данные кислоты имеют решающее значение для морских продовольственных цепей, поскольку многие животные не способны синтезировать их самостоятельно.
Исследование выявило влияние глобальных изменений температуры, освещенности и питательных веществ на биохимию планктона. Полученные данные позволят прогнозировать последствия климатических изменений для морских экосистем. Например, уменьшение вертикального перемешивания воды в океане может изменить распределение жирных кислот, что повлияет на всю пищевую сеть — от мелких ракообразных до крупных хищников.
