Новые исследования показывают, что стратегии накопления железа в фитопланктоне могут определять, какие виды процветают в меняющихся океанах и влияют на морские пищевые сети, согласно недавней статье в Proceedings of the National Academy of Sciences. В ходе исследования были изучены два основных метода хранения железа, и было обнаружено, что один из них делает виды более устойчивыми к нехватке редкого и необходимого элемента.
«Способность фитопланктона накапливать железо управляет важными химическими циклами и формирует экологию всего океана», - сказал автор Бен Твининг, старший научный сотрудник и Генри Л.и Грейс Доэрти, вице-президент по образованию Лаборатории наук об океане Бигелоу. «Если мы хотим понять, как океаны будут реагировать на изменение климата, нам нужно понять круговорот железа».
Исследование было сосредоточено на диатомовых водорослях, одноклеточных водорослях, которые живут внутри стеклянных оболочек и являются одной из самых многочисленных групп фитопланктона. Секрет их успеха, по мнению Твининга, заключается в том, насколько хорошо они хранят железо, важнейшее питательное вещество, которого не хватает в 40 процентах мирового океана. Диатомовые водоросли накапливают железо двумя основными способами: хранят молекулы в мешкообразном органе, называемом вакуоль, или химически блокируют их в белке ферритине.
Исследователи обнаружили, что диатомовые водоросли, использующие ферритин, имеют реальное преимущество перед конкурентами. Железо имеет тенденцию проникать в бедные районы импульсами, поднимаемыми бурями, которые спускаются вниз и поднимают глубокие, богатые железом воды, или ветром, несущем пыль из дальних земель. Затем наступает микроскопическое безумие: фитопланктон поглощает железо и использует его для быстрого размножения. Команда обнаружила, что диатомовые водоросли, вырабатывающие ферритин, смогли использовать это время изобилия, чтобы подготовиться к последующим длительным периодам голодания по железу.
«Чем больше орехов может хранить белка, тем больше у нее шансов выжить в неурожайные времена», - сказал Твининг. «Мы думаем, что тот же процесс происходит с фитопланктоном и железом».
Поскольку изменение климата меняет географию содержания железа в мировом океане, некоторые районы станут беднее железом, что звучит как хорошая новость для диатомовых водорослей, вырабатывающих ферритин. Благоприятные условия могут помочь им превзойти другие виды диатомовых водорослей, что в конечном итоге повлияет на пищевые сети в экосистемах, в которых они живут, и даже на большие циклы океана..
Исследователи пришли к этим выводам с помощью новых методов. Команда профессора Адриана Маркетти из Университета Северной Каролины Чапел-Хилл использовала передовые технологии секвенирования, чтобы наблюдать, что происходит с экспрессией генов диатомовых водорослей, когда они сталкиваются с импульсом железа, в то время как Twining измерял количество железа внутри отдельных клеток.
«То, как это исследование связывает молекулярные и биохимические измерения для выявления поведения отдельных видов в естественном фитопланктонном сообществе, довольно редкое и, надеюсь, будущее», - сказал Твининг. «Я думаю, что это новая волна океанографии, которая может показать, как сообщества фитопланктона формируют океан».