[ad_1]
Прохлорококк – самые маленькие и самые многочисленные фотосинтезирующие организмы на планете. Один Прохлорококк клетка затмевается эритроцитом человека, но в глобальном масштабе количество микробов составляет октиллионы, и они ответственны за большую часть мирового производства кислорода, поскольку они превращают солнечный свет в энергию.
Прохлорококк можно найти в теплых поверхностных водах океана, и их популяция резко сокращается в регионах, расположенных ближе к полюсам. Ученые предположили, что, как и многие морские виды, Прохлорококк Диапазон определяется температурой: чем холоднее вода, тем меньше вероятность того, что микробы обитают в ней.
Но ученые Массачусетского технологического института обнаружили, что место обитания микроба не определяется в первую очередь температурой. Пока Прохлорококк популяции действительно уменьшаются в более холодных водах, это отношения с общим хищником, а не температура, которые определяют диапазон микроба. Эти данные, опубликованные сегодня в Труды Национальной академии наук, может помочь ученым предсказать, как изменятся популяции микробов с изменением климата.
«Люди предполагают, что если океан нагреется, Прохлорококк будет двигаться к полюсу. И это может быть правдой, но не по той причине, по которой они предсказывают », – говорит соавтор исследования Стефани Дуткевич, старший научный сотрудник Отделения Земли, атмосферы и планет (EAPS) Массачусетского технологического института. «Итак, температура – это отвлекающий маневр».
Соавторами Дуткевича по исследованию являются ведущий автор и научный сотрудник EAPS Кристофер Фоллетт, профессор EAPS Мик Фоллетс, Франсуа Рибале и Вирджиния Армбраст из Вашингтонского университета, а также Эмили Закем и Дэвид Кэрон из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе.
Температурный коллапс
Хотя считается, что температура устанавливает диапазон Прохлорокк и другой фитопланктон в океане, Фоллетт, Дуткевич и их коллеги заметили любопытный диссонанс в данных.
Команда изучила наблюдения нескольких исследовательских круизов, которые прошли через северо-восточную часть Тихого океана в 2003, 2016 и 2017 годах. Каждое судно пересекало разные широты, непрерывно отбирая пробы воды и измеряя концентрации различных видов бактерий и фитопланктона, в том числе Прохлорококк.
Команда Массачусетского технологического института использовала общедоступные данные круиза, чтобы нанести на карту места, где Прохлорококк заметно снизился или рухнул вместе с температурой океана в каждом месте. Удивительно, но они обнаружили, что ПрохлорококкКоллапс произошел в регионах с очень разными температурами, от 13 до 18 градусов по Цельсию. Любопытно, что в лабораторных экспериментах было показано, что верхний предел этого диапазона является подходящими условиями для Прохлорококк расти и процветать.
«Сама температура не могла объяснить, где мы наблюдали эти обрывы», – говорит Фоллетт.
Фоллетт также разрабатывал альтернативную идею, связанную с Прохлорококк и снабжение питательными веществами. В качестве побочного продукта фотосинтеза микроб производит углеводы – важные питательные вещества для гетеротрофных бактерий, которые представляют собой одноклеточные организмы, которые не фотосинтезируют, а живут за счет органического вещества, производимого фитопланктоном.
«Где-то по пути я задавался вопросом, что будет, если этот источник еды Прохлорококк увеличилось производство? Что, если мы возьмем эту ручку и повернем ее? ” Фоллетт говорит.
Другими словами, как бы баланс Прохлорококк и бактерии переместятся, если пища бактерий увеличится в результате, скажем, увеличения другого фитопланктона, производящего углеводы? Команда также задалась вопросом: были ли рассматриваемые бактерии примерно того же размера, что и Прохлорококк, эти двое, вероятно, будут иметь общего травоядного или хищника. Как изменится популяция травоядных при изменении количества углеводов?
«Затем мы подошли к доске и начали записывать уравнения и решать их для различных случаев, и поняли, что как только вы достигнете среды, в которой другие виды добавляют углеводы в смесь, бактерии и травоядные растут и уничтожаются. Прохлорококк», – говорит Дуткевич.
Смещение питательных веществ
Чтобы проверить эту идею, исследователи использовали моделирование циркуляции океана и взаимодействия морских экосистем. Команда запустила MITgcm, модель общей циркуляции, которая в данном случае моделирует океанические течения и районы восходящих вод по всему миру. Они наложили биогеохимическую модель, которая имитирует перераспределение питательных веществ в океане. Со всем этим они связали сложную модель экосистемы, которая имитирует взаимодействия между многими различными видами бактерий и фитопланктоном, включая Прохлорококк.
Когда они запустили моделирование без включения представления бактерий, они обнаружили, что Прохлорококк сохранялись вплоть до полюсов, вопреки теории и наблюдениям. Когда они добавили уравнения, описывающие взаимосвязь между микробом, бактериями и общим хищником, Прохлорококк дальность полета сместилась от полюсов, что соответствовало наблюдениям первоначальных исследовательских экспедиций.
В частности, команда отметила, что Прохлорококк процветает в водах с очень низким содержанием питательных веществ и где он является основным источником пищи для бактерий. Эти воды тоже бывают тёплыми, и Прохлорококк и бактерии живут в равновесии вместе со своим общим хищником. Но в более богатой питательными веществами окружающей среде, например в полярных регионах, где холодная вода и питательные вещества поднимаются из глубин океана, может процветать гораздо больше видов фитопланктона. Затем бактерии могут питаться и расти на большем количестве источников пищи и, в свою очередь, кормить и выращивать больше своих общих хищников. Прохлорококк, не может угнаться, быстро уничтожается.
Результаты показывают, что отношения с общим хищником, а не температура, устанавливают Прохлорококк диапазон. Включение этого механизма в модели будет иметь решающее значение для прогнозирования того, как микроб – и, возможно, другие морские виды – изменятся с изменением климата.
«Прохлорококк является большим предвестником изменений в мировом океане », – говорит Дуткевич. «Если его ареал расширяется, это канарейка – признак того, что в океане многое изменилось».
«Есть основания полагать, что его ассортимент будет расширяться с потеплением в мире», – добавляет Фоллетт ». Но мы должны понимать физические механизмы, которые устанавливают эти диапазоны. И прогнозы, основанные только на температуре, не будут правильными ».
[ad_2]
Source