Международная исследовательская группа обнаружила две группы фитопланктона, не похожие ни на один из известных видов, в климатически чувствительных районах по всему миру. Хотя они кажутся относительно редкими по сравнению с другим фитопланктоном, ученые говорят, что их распространенность в теплых водах предполагает, что они могут сыграть важную роль в будущих океанских экосистемах.
Выводы, опубликованные 9 января в журнале Current Biology, проследили гены фитопланктона до их потенциального древнего происхождения и сопоставили их с последовательностями примерно 200 современных образцов. Новые группы фитопланктона становились все более многочисленными в более теплых поверхностных водах с низким содержанием питательных веществ на участках, включая Саргассово море, Бенгальский залив и круговорот северной части Тихого океана.
«Похоже, что этот новый фитопланктон процветает в самых пустынных водах в мире, где исчезает большинство других эукариотических видов», - сказала Александра З. Уорден, старший научный сотрудник Канадского института перспективных исследований, возглавлявшая группу из Научно-исследовательский институт аквариума Монтерей-Бей (США) вместе с сотрудниками из Университета штата Орегон (США), Океанографического института Вудс-Хоул (США) и Национального института океанографии (Индия).
Обе группы фитопланктона были обнаружены в больших количествах в более теплых поверхностных водах с низким содержанием питательных веществ по сравнению с численностью в более прохладных регионах с более высоким содержанием питательных веществ. Эта закономерность удивила исследователей, потому что более крупный эукариотический фитопланктон в этих условиях часто сокращается до исчезающе низкой численности, что обычно благоприятствует мелким цианобактериям.
Потепление поверхности океана создает слой воды с низким содержанием питательных веществ, отделенный от более прохладной, богатой питательными веществами воды ниже. Этот процесс происходит ежегодно в больших районах открытого океана, где прерывистое зимнее перемешивание способствует короткому «цвету» жизни фитопланктона, за которым следует летний сезон теплых поверхностных вод с низким содержанием питательных веществ. Большинство цветущих видов исчезают летом, потому что они не являются эффективными конкурентами питательных веществ в низких концентрациях. Потепление поверхности океана приводит к расширению этих бедных питательными веществами сред в процессе, известном как опустынивание океана.
«Поскольку микробы в наших океанах вынуждены приспосабливаться к изменению климата, нам действительно нужно понять эти типы организмов», - сказал Уорден.
Ученые столкнулись с трудностями в измерении воздействия потепления океана на проживающие в нем микробные группы из-за отсутствия последовательной информации о микробах, таких как фитопланктон, осуществляющий морской фотосинтез. Команда Уордена создала инициативу Baselines Initiative, чтобы преодолеть это препятствие, используя более 6000 полноразмерных последовательностей РНК и выборки временных рядов, где образцы многократно отбираются в одном и том же месте в течение сезонов и лет. Конечной целью этих океанографических временных рядов является получение информации о текущем дне, по которой можно будет оценить будущие изменения в океане.
Исследователи впервые обнаружили одну из новых групп фитопланктона в 2006 году, когда заметили одну «странную» последовательность из миллионов. Они думали, что данные с тропического острова у Коста-Рики могли быть ошибкой, пока не увидели идентичные последовательности в северной части Тихого океана и на коралловых рифах у Кюрасао. Чтобы проверить свои выводы, они отфильтровали ДНК организмов из морской воды. Затем они создали полноразмерную последовательность гена РНК и сравнили ее с другими организмами, чтобы поместить ее в эволюционное дерево. Наконец, они нанесли на карту организмы с помощью образцов из исследования атлантических временных рядов BIOS Бермудских островов, океанской экспедиции TARA и инициативы Baselines, включая проект SeaFar Curaçao Интегрированной программы микробного биоразнообразия..
Первая линия фитопланктона, по-видимому, представляет собой совершенно новую группу видов фитопланктона. Исследователи полагают, что его предком может быть группа одноклеточных протистанов, которые пошли отдельным эволюционным путем от гаптофитных водорослей, возникших между 1 миллиардом и 637 миллионами лет назад. Вторая линия, по-видимому, тесно связана с гаптофитами. Однако это новая группа, не принадлежащая ни к одному известному виду или классу.
Чтобы понять будущие океаны, однократная выборка не сработает. Если бы мы сделали один снимок океана весной, мы бы подумали, что этот фитопланктон не имеет значения, но поскольку мы продолжали возвращаться назад, мы поняли, что они важны - для того, чтобы увидеть это, требуется круглогодичная выборка сезонов», - сказал Уорден.
Лаборатория Уордена вернется в Саргассово море и на Кюрасао, чтобы лучше понять экологию двух групп фитопланктона. Какой вклад эти группы вносят в пищевую цепь и углеродный цикл, в настоящее время неизвестно. Уорден считает, что одна из возможностей заключается в том, что они получают свои питательные вещества за счет комбинации фотосинтеза и питания другими клетками.