Ученые обнаружили, что партнерство между водорослями и бактериями делает незаменимый азот доступным в Северном Ледовитом океане. Микробный процесс «фиксации азота» превращает элемент в форму, которую могут использовать организмы, и был обнаружен недавно в холодных полярных водах. Этот сдвиг может быть результатом изменения климата и может повлиять на глобальные химические циклы, согласно исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Без источника азота фитопланктон в Арктике всегда был ограничен в количестве углерода, который он может поглощать из верхних слоев океана и атмосферы. Новый источник азота, предлагаемый UCYN-A, может сделать арктический фитопланктон более продуктивным, что в конечном итоге снизит уровень углерода в атмосфере.
«Было шокировано обнаружить этот процесс в Арктике», - сказала Дебора Бронк, один из авторов исследования, президент и генеральный директор Лаборатории наук об океане Бигелоу. «Мы думали, что фиксация азота происходит только в тропических и субтропических водах. Это открытие может иметь огромное значение для химических циклов океана и климата».
Так же, как садовым цветам и другим наземным растениям для роста требуется азот, этот элемент также необходим для микроскопических океанских растений, называемых фитопланктоном. Однако большая часть азота в океане находится в виде газа, который большинство организмов, включая людей, не могут использовать. Только несколько видов микроорганизмов способны выполнить эту задачу. Долгое время ученые считали, что основной азотфиксирующий фитопланктон в океане обитал только в теплых водах, а в Северном Ледовитом океане азотфиксация практически отсутствовала.
В 2017 году Бронк и его коллеги опубликовали статью, показывающую, что фиксация азота действительно происходит в Северном Ледовитом океане, но они еще не знали, какой организм отвечает за этот процесс. Они были удивлены, обнаружив, что источником является UCYN-A, одноклеточная цианобактерия, которая живет в симбиозе с водорослью и обычно процветает в теплой воде..
«Одна из вещей, которые показало это исследование, заключается в том, что наши предвзятые идеи мешают нам искать вещи, которые мы не ожидаем найти», - сказал Бронк. «Чем больше мы узнаем об океане, тем больше мы видим, что организмы невероятно пластичны в том, что они могут делать и где они могут жить».
По мере того, как Северный Ледовитый океан нагревается и его морской лед тает, вегетационный период фитопланктона удлиняется. Исследовательская группа считает, что, хотя UCYN-A мог существовать в Арктике в течение некоторого времени, более теплые условия, вызванные изменением климата, побудили его начать фиксацию азота. Они также считают, что этот сдвиг в активности UCYN-A может, в свою очередь, повлиять на глобальный климат. По мере роста фитопланктон удаляет углерод из океана и, в конечном счете, из атмосферы, но для этого им нужен азот, который может все чаще предоставляться UCYN-A..
По оценкам исследователей, на арктический UCYN-A в настоящее время приходится около двух процентов глобальной фиксации азота. Продолжение изучения этого процесса и включение его в глобальные биогеохимические модели улучшит предсказания климата и понимание важных циклов океана. Исследователи считают, что это увеличение доступного арктического азота может повлиять на биогеохимические циклы в северной части Атлантического океана, вызывая дальнейшие сдвиги в океанских циклах.
«Только благодаря прошлым исследованиям мы смогли определить, что этот процесс является новым», - сказал Бронк. «Это исследование подчеркивает тот факт, что иногда отсутствие процесса, который вы ищете, невероятно важно. Нам нужно сохранить данные и сделать их доступными для людей, чтобы мы могли действительно узнать, как меняется океан».