Могут ли микроорганизмы вызывать перемешивание воды в озере? Ответ, данный предыдущими исследованиями, отрицательный, поскольку движения мелких медленно плавающих бактерий недостаточно, чтобы нарушить стратификацию озерной воды, вызванную, например, разницей в температуре или солености.
Новое исследование теперь показывает, что микроорганизмы действительно могут вызывать перемешивание относительно толстых слоев воды, но не прямо - за счет движения - а косвенно: если локально скапливается большое количество мелких организмов, которые плотнее воды, плотность воды увеличивается, а более тяжелая вода опускается, увлекая за собой организмы. Это приводит к перемешиванию водных масс с химическим и физическим обменом. Активное плавание вверх необходимо для поддержания этого процесса смешивания, который исследователи называют «биоконвекцией».
Международная исследовательская группа под руководством Эвага впервые продемонстрировала возникновение биоконвекции не только в лабораторных экспериментах, но и на озере Каданьо (кантон Тичино). Здесь бактерии вида Chromatium okenii способны перемешивать слои воды толщиной до 2 метров. Бактерии особенно часто встречаются в бескислородных водах, образуя толстый слой на глубине около 12 метров в озере Каданьо. В этом слое, используя автоматизированные методы, разработанные для микробиологического мониторинга воды, ученые наблюдали более десяти тысяч жгутиковых организмов на миллилитр (то есть более десяти миллиардов на кубический метр). Бактерии плывут вверх к свету, но только до границы между кислородными и бескислородными водами. Бактериальные клетки, скапливающиеся ниже этой границы, увеличивают плотность воды на несколько промилле. Этого достаточно, чтобы более тяжелая вода опустилась, и начался процесс смешивания (см. рисунок). В результате в летние месяцы такие параметры, как температура или соленость на глубине около 11-13 метров, оказываются однородными, а не постоянно уменьшаются или увеличиваются с глубиной, как ожидалось..
Для первого автора Тобиаса Соммера, ученого-эколога, результаты исследования интригуют: «Помимо видов, которые мы исследовали, многие другие организмы способны управлять биоконвекцией. Таким образом, это явление, которое ранее недооценивалось, предположительно является распространены и имеют отношение к экологии озер и океанов, например, в случае цветения водорослей».