Около половины атмосферного углекислого газа фиксируется океаническим фитопланктоном, в основном пикоцианобактериями, посредством процесса, называемого фотосинтезом. Пикоцианобактерии - это крошечные одноклеточные микроорганизмы, которые широко распространены в пресноводной и морской среде. Большая часть биологически связанного углерода образуется пикоцианобактериями на поверхности моря, а затем переносится в глубины океана. Но что остается загадкой, так это то, как окрашенное растворенное органическое вещество, происходящее из растительного детрита (будь то на суше или в море), попадает в глубины океана. Группа ученых из Центра наук об окружающей среде Университета Мэриленда (UMCES) и со всего мира потенциально нашла жизнеспособный морской источник этого цветного материала.
«Мы все еще находимся в начале понимания морского углеродного цикла», - сказал Майкл Гонсиор, химик из Центра экологических наук Университета Мэриленда. «До сих пор источники конкретных химических веществ в океане точно не определены, потому что это такая обширная и сложная система. Таким образом, любой шаг вперед, направленный на то, чтобы разобрать эту сложность, делает это ценным вкладом».
В глубоком океане растворенные органические вещества излучают флуоресцентный сигнал, похожий на то, что вы видите в реке или ручье. Его традиционно называют гуминовой флуоресценцией, предполагая, что он исходит от разлагающихся деревьев и других земных органических веществ. Многие ученые выдвинули гипотезу, что этот материал, найденный в глубинах океана, представляет собой остатки рек и ручьев по всему миру, которые уносят его с суши в океан. Однако появляется все больше свидетельств того, что существуют морские источники этого материала, что вполне может объяснить большую часть этого цветного материала, обнаруженного в глубоком океане.
Исследователи UMCES Майкл Гонсиор и Фэн Чен сделали первый шаг в описании органических веществ, выделяемых морскими пикоцианобактериями. «Наш первоначальный план состоял в том, чтобы понять судьбу органического углерода, высвобождаемого в результате вирусного лизиса пикоцианобактерий», - сказал Фэн Чен.
Впервые исследователи показали, что культивируемые пикоцианобактерии, Synechococcus и Prochlorococcus, обнаруженные в открытом океане, выделяют флуоресцентные компоненты, которые точно соответствуют этим типичным флуоресцентным сигналам, обнаруженным в океанической среде.
«Ученые никогда раньше не рассматривали пикоцианобактерии как источник специфических соединений в океане», - сказал Гонсиор.«Если мы сможем понять, каковы источники, мы сможем лучше понять, что происходит с некоторыми элементами морского углеродного цикла».
Если потепление океана продолжится, прогнозируется, что пикоцианобактерии, предпочитающие высокие температуры, станут более многочисленными и могут увеличиться на 10-20 процентов к концу века, сказал Чен. «Эти ребята очень важны», - добавил он.
"Два рода пикоцианобактерий - Synechococus и Prochloroccos - являются самыми распространенными фиксаторами углерода в океане." сказал Чен. В его лаборатории хранится коллекция морских цианобактерий и циановирусов. Некоторые из этих изолятов использовались в этом исследовании.
"Когда вы плаваете в голубом океане, там работает много пикоцианбактерий", - сказал Гонсиор. "Они превращают углекислый газ в органический углерод и, вероятно, ответственны за цвет глубин океана, исходящий от органического вещества."
Гонсиор и Чен изучили штамм Synechococus и наткнулись на открытие. Чен, молекулярный биолог, и Гонсиор, химик, планировали измерить судьбу растворенного органического вещества, изучив молекулярный состав с помощью современной масс-спектрометрии, проведенной в сотрудничестве с профессором Филиппом Шмитт-Копплином в Центре Гельмгольца. Гигиена окружающей среды в Мюнхене, Германия. Многие биологические соединения светятся при возбуждении светом. Гонсиор решил провести оптический анализ, измеряющий поглощение и флуоресценцию, который он обычно делает с образцами воды в своей лаборатории.
"Когда я увидел первые измерения флуоресценции этих образцов, стало совершенно ясно, что происходит. Мы обнаружили, что эти пикоцианобактерии выделяют флуоресцентное органическое вещество, которое имитирует то, что мы наблюдаем как в глубоком океане, так и в в реках и ручьях, - сказал Гонсиор. «Многие люди искали источники этого материала желтого цвета, и мы определили жизнеспособный источник морского флуоресцентного растворенного органического вещества, который может объяснить сигналы, наблюдаемые в глубинах мирового океана."
«Для меня это захватывающе, потому что в океане так много фотосинтезирующих цианобактерий», - сказал Фэн Чен. «Мы знали это давно, но никто не установил связь между пикоцианобактериями и флуоресцентным растворенным органическим веществом». - добавил он.
Исследование «Пикоцианобактерии и глубоководное флуоресцентное растворенное органическое вещество имеют схожие оптические свойства» появилось в выпуске Nature Communications от 17 мая.