Повышение температуры океана, связанное с морскими тепловыми волнами и изменением климата, затрагивает глубоководные слои, что вызывает опасения по поводу возможных нарушений химических и биологических процессов в океане. Недавние исследования показывают, что морской микроб Nitrosopumilus maritimus способен адаптироваться к более теплым и бедным питательными веществами условиям. Эти микроорганизмы, зависящие от железа и участвующие в окислении аммиака, могут существенно влиять на распределение питательных веществ в океанах по мере продолжения климатических изменений.

Роль Nitrosopumilus maritimus в океанических экосистемах

Микробы Nitrosopumilus maritimus и близкие к ним составляют примерно 30% морского микробного планктона. Они играют важную роль в химии океана, инициируя реакции, поддерживающие морские экосистемы. Эти археи осуществляют окисление аммиака — ключевой процесс в азотном цикле океана. Преобразуя азот в различные химические формы, микробы регулируют рост микробного планктона, который является основой морской пищевой цепи. Таким образом, активность аммиак-окисляющих архей способствует поддержанию биоразнообразия океана.

Влияние потепления на глубоководные слои

Потепление океана распространяется на глубины до 1000 метров и более. Ранее считалось, что глубокие воды изолированы от изменений температуры на поверхности, однако новые данные свидетельствуют о том, что потепление глубин может изменить использование железа археями, что влияет на доступность микроэлементов в глубоководных районах.

Экспериментальные исследования адаптации микробов

Исследовательская группа провела контролируемые эксперименты с чистыми культурами Nitrosopumilus maritimus, подвергая их воздействию различных температур и уровней железа. Результаты показали, что при повышении температуры в условиях ограниченного железа микробы требовали меньше железа и использовали его более эффективно. Это указывает на способность организмов регулировать свой метаболизм для адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды.

Моделирование и прогнозы

Полученные экспериментальные данные были объединены с глобальным моделированием биогеохимии океана. Моделирование показало, что сообщества архей в глубоководье могут сохранять или даже усиливать свою роль в азотном цикле и поддержке первичной продукции в регионах с низким содержанием железа при потеплении климата.

Будущие исследования

Летом планируется научная экспедиция на исследовательском судне Sikuliaq, которая пройдет от Сиэтла до залива Аляска и далее к субтропическому круговороту с остановкой в Гонолулу, Гавайи. В экспедиции примут участие около 20 исследователей, которые будут изучать естественные популяции архей в океане. Целью является подтверждение экспериментальных результатов в природных условиях и более глубокое понимание влияния изменений температуры и доступности металлов на микробную активность в глубоководных слоях океана.