4 Minutės
Žemės deguonies pusiausvyrą ir didžiąją dalį jūrų maisto tinklo palaiko mikroskopiniai fotosintetiniai organizmai. Tarp jų Prochlorococcus — nedidelė jūrinė cianobakterija — yra viena iš gausiausių planetos fotosintezuojančių organizmų, atsakinga už maždaug trečdalį pasaulinės jūrų oksigeno gamybos ir sudaranti pagrindinį maisto šaltinį apšviestuose paviršiniuose vandenyse.
Naujas daugiametis jūrų tyrimas rodo, kad kylanti jūros paviršiaus temperatūra gali labiau sumažinti Prochlorococcus produktyvumą nei anksčiau laboratoriniai tyrimai nurodė, o tai turėtų tolimesnių pasekmių jūrų ekosistemoms ir pasauliniams biogeocheminiams ciklams.
Mokslinis fonas ir lauko metodai
Prochlorococcus gyvena daugiau nei 75% pasaulio apšviesto paviršiaus vandenyno, ypač tropiniuose ir subtropiniuose vandenyse, pritaikytuose šiltesnėms, mažai maistingųjų medžiagų turinčioms sąlygoms. Kadangi šie jūriniai regionai yra šilti, jie riboja vertikalų maistinių medžiagų maišymą; tam, kad klestėtų tokiomis sąlygomis, Prochlorococcus evoliucionavo turėdamas sutrumpintą, minimalistinį genomą ir labai mažą ląstelės dydį. Tačiau geno sutrumpinimas galėjo ištrinti kai kurias senovines streso atsako funkcijas, kas potencialiai riboja jų atsparumą aukštai temperatūrai.
Norėdami įvertinti laukines populiacijas vietoje, tyrėjai analizavo maždaug 800 milijardų Prochlorococcus dydžio ląstelių, surinktų per 90 ekspedicijų per 13 metų laikotarpį. Komanda naudojo laive sumontuotą srautinį citometrą, sukurtą aptikti mažus fitoplanktonus. Lazerinė matavimo sistema suskaičiavo ir charakterizavo ląsteles beveik nedarant trikdžių; vėliau tyrėjai pritaikė statistinius augimo modelius, pagrįstus įprastais metodais, kad įvertintų ląstelių dalijimosi greitį skirtingose platumose ir temperatūrinėse sąlygose.
Pagrindiniai radiniai ir temperatūros jautrumas
Lauko duomenys rodo, kad Prochlorococcus geriausiai veikia maždaug 19–28 °C temperatūrų intervale (66–82 °F). Priešingai nei tikėtasi, jog šilumai pritaikyti mikrobai iš to pasipelnytų, tyrimas parodė, kad ląstelių dalijimosi greitis smarkiai mažėja už šio intervalo ribų. Esant temperatūroms virš maždaug 30 °C, dalijimasis sulėtėja iki maždaug trečdalio greičių, stebėtų prie jų tolerancijos apatinių ribų. Vyr. autorius François Ribalet iš Vašingtono universiteto tai apibūdino kaip mažesnę nei tikėtasi Prochlorococcus „išdeginimo temperatūrą“.
Kadangi daug tropinių ir subtropinių paviršinių vandenų prognozuojama per kelis dešimtmečius viršysinti viršutinę optimalią ribą pagal klimato kaitos scenarijus, autoriai įvertino reikšmingus produktyvumo nuostolius: iki šimtmečio pabaigos tropinio Prochlorococcus produktyvumas gali sumažėti maždaug 17% vidutinio sušilimo scenarijuje ir apie 51% intensyvaus sušilimo atveju. Pasauliniu mastu prognozuojami nuosmukiai apie 10% (vidutinis) iki 37% (smarkus).
Ekologinės pasekmės ir konkurentai
Prochlorococcus produktyvumo sumažėjimas gali reikšti mažesnę pirminę produkciją ir mažesnį anglies kiekį, prieinamą aukštesniems trofinio lygio organizmams tropiniuose vandenyse. Vienas galimas ekologinis atsakas — nišos užėmimas Synechococcus, kitos cianobakterijų grupės, kuri toleruoja aukštesnę temperatūrą, bet reikalauja daugiau maistinių medžiagų. Jei Synechococcus plėsis vietose, kur Prochlorococcus mažės, funkcinių pasekmių ganomiesiems organizmams, maistinių medžiagų ciklui ir maisto tinklo struktūrai neaišku: milijonus metų formuotos sąveikos su Prochlorococcus gali neperkelti tiesiogiai į Synechococcus.
Tyrimas taip pat prognozuoja geografinį Prochlorococcus pasiskirstymo poslinkį link poliarinių platumų, o ne visišką išnykimą; kylant tropinių buveinių temperatūroms, tinkamos sąlygos numatomos persikelti į aukštesnes platumas.
Apribojimai ir būsimi tyrimai
Autoriai pažymi metodologinius apribojimus: laive paimami mėginiai ir statistiniai modeliai gali nepamatyti retų šilumai atsparių štamų, o kai kurios tropinės sritys buvo per mažai ištirtos. Jei egzistuoja anksčiau nedokumentuoti termotolerantiški ekotipai, jie galėtų sušvelninti prognozuojamus nuosmukius. Reikės tęstinio tikslingo mėginių ėmimo, genominių tyrimų ir ilgalaikio stebėjimo, kad būtų patikslintos prognozės ir nustatytos adaptacijos reakcijos.
Eksperto įžvalga
Dr. Maya Ortega, jūrų mikrobų ekologė: „Šis tyrimas pabrėžia, kiek svarbu matuoti mikrobus jų natūralioje aplinkoje. Laboratoriniai štamai suteikia kontroliuojamą supratimą, tačiau vandenynas sujungia fiziką, chemią ir biologiją taip, kad atsiskleidžia pažeidžiamumai, nevisada matomi kultūrose. Jei Prochlorococcus sumažės, kaip prognozuoja, poveikis pereis per maisto tinklus ir paveiks regioninį anglies cirkuliavimą.“
Išvados
Lauko stebėjimai rodo, kad Prochlorococcus turi siauresnę termopalinkimo zoną nei buvo manyta, o produktyvumas smarkiai krenta virš maždaug 30 °C. Prognozuojamas vandenynų sušilimas, ypač aukštų emisijų scenarijuje, gali reikšmingai sumažinti tropinį ir pasaulinį Prochlorococcus produktyvumą iki 2100 m., skatindamas pasiskirstymo pokyčius ir galimą ekologinį perskirstymą su kitomis cianobakterijomis, tokiomis kaip Synechococcus. Nors šie organizmai vargu ar visiškai išnyks, jų gausos ir pasiskirstymo pokyčiai kelia svarbius klausimus jūrų ekosistemoms, deguonies gamybai ir anglies ciklui, kuriems reikia tolesnio stebėjimo ir tyrimų.
Šaltinis: sciencealert
Komentarai