Поглощение углекислого газа из ископаемого топлива (CO2) океаном повышает кислотность морской воды и вызывает снижение концентрации ионов карбоната. Этот процесс, называемый подкислением океана, делает энергетически более затратными кальцифицирующие организмы для формирования их известковых раковин и скелетов. Несколько исследований показали, что это справедливо и для Emiliania huxleyi, самого распространенного и наиболее продуктивного кальцифицирующего организма в мире. При воздействии подкисления океана в контролируемых лабораторных экспериментах скорость роста и кальцификации одноклеточных водорослей немного снижается. Даже после более чем двух тысяч поколений в закисленных условиях эти реакции все еще в некоторой степени преобладают, что позволяет предположить, что эволюционная адаптация, возможно, не сможет полностью устранить негативные последствия закисления океана. Но что это означает с точки зрения способности водорослей поддерживать конкурентоспособность в естественной среде, когда океан продолжает закисляться, оставалось открытым вопросом.
Чтобы ответить на этот вопрос, группа исследователей во главе с Центром исследований океана Гельмгольца GEOMAR в Киле провела полевой эксперимент с использованием экспериментальной платформы KOSMOS (Кильские оффшорные мезокосмы для моделирования океана). В рамках исследовательских проектов SOPRAN (Процессы на поверхности океана в антропоцене) и BIOACID (Биологические последствия закисления океана) система KOSMOS была развернута в Рауне-фьорде на западном побережье Норвегии, где цветение Emiliania huxleyi регулярно происходит поздней весной. Каждый из девяти блоков КОСМОС вмещал около 75 кубометров морской воды в пластиковый мешок длиной 25 метров.«Гигантские пробирки» были доведены до концентраций углекислого газа в диапазоне от нынешних до предполагаемых уровней середины следующего века. В течение шести недель ученые измеряли различные параметры и брали образцы для дальнейшего анализа. Тонущие частицы собирались в воронкообразных отстойниках в нижней части мезокосма и также анализировались.
Учитывая довольно небольшие изменения метаболических характеристик Эмилиании, наблюдаемые в предыдущих лабораторных экспериментах, мы предсказали, что она все еще сможет поддерживать свою экологическую нишу в закисляющемся океане. То, что мы наблюдали, стало большим сюрпризом. », - говорит профессор Ульф Рибеселл, морской биолог из Центра исследований океана им. Гельмгольца GEOMAR в Киле и координатор экспериментов KOSMOS. В мезокосмах, имитирующих будущие условия океана, Эмилиания не смогла расцвести. Детальный анализ данных показал, что падение Эмилиании началось задолго до периода цветения. Небольшое снижение клеточного роста из-за подкисления океана привело к постепенному сокращению размера популяции на этапе перед цветением.«Когда для Эмилиании пришло время начать цветение, в сообществе планктона осталось так мало клеток, что оно уже не могло перерасти своих конкурентов», - размышляет Ульф Рибеселл..
Потеря кальцифицирующей водоросли конкурентоспособности оказала сильное воздействие на экосистему. «Поток органического вещества на глубину был сильно снижен в отсутствие цветения», - объясняет доктор Кай Шульц, морской биогеохимик из Университета Южного Креста, Австралия. Причина в том, что плотные известковые пластинки Эмилиании действуют как балласт в агрегированном органическом веществе и ускоряют его опускание в океанские глубины. «Без известкового балласта агрегаты тонут медленнее, и бактерии имеют больше времени для разложения органического вещества в поверхностном слое. остается в поверхностном слое, что снижает способность океана поглощать атмосферный CO2"
Еще одна обратная связь может быть связана с тем, что Эмилиания является одним из основных производителей диметилсульфида, летучего газа, который, как считается, служит охлаждающим агентом в климатической системе. В то время как высокие концентрации этого газа были зарегистрированы в мезокосмах, где Эмилиания процветала, они были значительно снижены в мезокосмах, моделирующих будущие условия. Меньшее поглощение CO2 океаном и снижение производства охлаждающего агента диметилсульфида будут работать в одном направлении, уменьшая способность океана сдерживать глобальное потепление.
Результаты этого исследования демонстрируют важность изучения последствий закисления океана в естественных сообществах. Небольшие изменения в метаболических характеристиках организма могут иметь серьезные последствия для его успеха в естественной среде обитания, где он конкурирует с другими видами и сталкивается с потерями от хищничества или вирусной инфекции. «Если Emiliania huxleyi не сможет сохранить свою важную роль, ее возьмут на себя другие, возможно, не кальцифицирующие организмы. Это может инициировать смену режима с далеко идущими экологическими и биогеохимическими последствиями», - заключает профессор Рибеселл.