Каждая капля пресной воды содержит тысячи различных органических молекул, которые ранее оставались незамеченными. Измеряя разнообразие этих молекул и то, как они взаимодействуют с окружающей средой, исследователи открыли невидимый мир, который влияет на функционирование пресноводных экосистем и может способствовать выбросу парниковых газов..
Небольшие мелководные озера преобладают в пресноводной зоне мира, и отложения в них уже производят не менее четверти всего углекислого газа и более двух третей всего метана, выбрасываемого из озер в нашу атмосферу. Новое исследование, опубликованное в журнале PNAS, предполагает, что изменение климата может привести к увеличению уровня парниковых газов, выделяемых пресноводными северными озерами, в 1,5-2,7 раза.
«То, что мы традиционно называем «углеродом» в пресной воде, оказывается сверхразнообразной смесью различных органических молекул на основе углерода», - сказал доктор Эндрю Таненцап из Кембриджского отдела наук о растениях, который руководил исследованием.. «Мы измеряли «углерод» в пресной воде как показатель всего, от качества воды до продуктивности пресноводных экосистем. Теперь мы поняли, что важно разнообразие этого невидимого мира органических молекул».
По мере потепления климата в лесах северных широт увеличивается растительный покров. Смоделировав этот эффект в двух озерах в Онтарио, Канада, исследование обнаружило повышенное разнообразие органических молекул - молекул, содержащих углерод в своей структуре - попадающих в воду вместе с веществом, сбрасываемым близлежащими растениями и деревьями.
Органические молекулы являются источником пищи для микробов в озерных отложениях, которые расщепляют их и выделяют углекислый газ и метан в качестве побочных продуктов. Таким образом, повышение уровня органических молекул может усилить микробную активность и произвести больше парниковых газов.
Поскольку одни и те же микробы могут производить парниковые газы из множества различных органических молекул, было показано, что разнообразие органических молекул более тесно связано с уровнями концентрации парниковых газов, чем разнообразие микробов. Кроме того, повышенное разнообразие органических молекул может привести к повышению концентрации парниковых газов в воде, поскольку существует больше молекул, которые могут быть разрушены солнечным светом, проникающим в воду.
Для проведения исследования контейнеры были заполнены различными соотношениями камней и органического материала, состоящего из лиственного и хвойного мусора из близлежащих лесов, и погружены на мелководье двух озер. Анализ образцов двумя месяцами позже с использованием методов масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения и секвенирования ДНК нового поколения показал, что разнообразие органических молекул коррелирует с разнообразием микробных сообществ в воде, и что разнообразие обоих увеличивается по мере того, как увеличилось количество органических веществ.
Точный прогноз выбросов углерода из природных систем жизненно важен для надежности расчетов, используемых для понимания темпов изменения климата и последствий потепления.
Изменение климата приведет к увеличению лесного покрова и изменению видового состава, что приведет к большему разнообразию листьев и растительного опада, попадающего в водоемы. Мы обнаружили, что в результате увеличение разнообразия органических молекул в воде приводит к увеличению концентрации газа», - сказал Таненцап. «Понимание этих связей означает, что мы могли бы искать способы сокращения выбросов углерода в будущем, например, путем изменения методов управления земельными ресурсами».
Изменение растительности вокруг пресноводных районов может изменить состав органических молекул, попадающих в воду. В настоящее время команда расширяет свое исследование, беря образцы из 150 озер по всей Европе, чтобы понять более широкие экологические последствия разнообразия органических молекул в природных пресноводных системах.