5 Minuten
Žemės deguonies pusiausvyra ir didelė dalis jūrinio maisto tinklo priklauso nuo mikroskopinių fotosintezinių organizmų. Tarp jų Prochlorococcus — mažytė jūrinė cianobakterija — yra viena gausiausių planetos fotosintezuotojų, atsakinga už maždaug trečdalį pasaulinės jūrinės deguonies gamybos ir sudaranti pamatinį maisto šaltinį šviesiuose paviršiniuose vandenyse.
Nauja daugiametė vandenyno tyrimų apžvalga rodo, kad kylanti jūros paviršiaus temperatūra gali mažinti Prochlorococcus produktyvumą labiau nei anksčiau nurodė laboratoriniai tyrimai, turėdama besitęsiančių pasekmių jūrinėms ekosistemoms ir pasauliniams biogeocheminiams ciklams.
Mokslinis fonas ir lauko metodai
Prochlorococcus gyvena daugiau nei 75 % apšviesto pasaulio paviršinio vandenyno, ypač tropiniuose ir subtropiniuose vandenyse, prisitaikiusiuose prie šilto, maistingųjų medžiagų skurdaus aplinkos. Tokiuose šiltuose jūruose vertikalus maistinių medžiagų maišymasis yra ribotas; Prochlorococcus evoliucionavo turėdama optimizuotą, minimalistinį genomą ir labai mažą ląstelės dydį, kad galėtų išgyventi šiose sąlygose. Tačiau genomo supaprastinimas galėjo pašalinti kai kurias senovines streso atsako gaires, kas gali riboti jų terminį atsparumą.
Vertindami laukines populiacijas natūralioje aplinkoje, tyrėjai analizavo maždaug 800 milijardų Prochlorococcus dydžio ląstelių, surinktų per 90 tyrimų reisų per 13 metų. Komanda naudojo laive montuojamą srautų citometrą, specialiai pritaikytą aptikti smulkias fitoplanktono ląsteles. Lazeriu pagrįsta matavimo sistema suskaičiavo ir apibūdino ląsteles su minimaliu trikdžiu; vėliau mokslininkai taikė statistinius augimo modelius, pagrįstus nustatytomis metodikomis, kad įvertintų ląstelių dalijimosi tempus skirtinguose platumose ir temperatūros režimuose.
Pagrindinės išvados ir jautrumas temperatūrai
Lauko duomenys rodo, kad Prochlorococcus geriausiai veikia temperatūrų diapazone maždaug nuo 19 iki 28 °C (66–82 °F). Priešingai nei būtų galima tikėtis, kad šilumai prisitaikę mikroorganizmai gautų naudos iš sušilimo, tyrimas nustatė, jog ląstelių dalijimosi tempai smarkiai sumažėja už šio diapazono ribų. Esant temperatūrai virš maždaug 30 °C, dalijimasis sulėtėjo iki maždaug trečdalio tempų, pastebėtų arčiau jų tolerancijos apatinės ribos. Vado autorius François Ribalet iš Vašingtono universiteto tai apibūdino kaip žemesnę nei tikėtasi „išsekimo temperatūrą“ Prochlorococcus.
Kadangi dauguma tropinių ir subtropinių paviršinių vandenų prognozuojami viršyti viršutinę optimalią ribą per kelias dešimtis metų pagal klimato kaitos scenarijus, autoriai apskaičiavo reikšmingus produktyvumo nuostolius: iki šimtmečio pabaigos tropinė Prochlorococcus produkcija galėtų sumažėti ~17 % esant vidutiniškam sušilimo scenarijui ir ~51 % esant stipriam sušilimui. Pasauliniu mastu numatomi maždaug 10 % (vidutinis) iki 37 % (stiprus) sumažėjimai.
Ekologinės pasekmės ir konkurentai
Prochlorococcus produktyvumo mažėjimas gali reikšti mažesnę pirminę produkciją ir mažiau anglies, prieinamos aukštesniems trofiniams lygiams tropiniuose vandenynuose. Vienas galimas ekologinis atsakas yra nišos užėmimas Synechococcus — kitos cianobakterijų grupės, kuri toleruoja aukštesnę temperatūrą, bet reikalauja daugiau maistinių medžiagų. Jei Synechococcus išsiplės ten, kur mažės Prochlorococcus, funkcinių pasekmių ganėtinai daug: žinduoliams, mitybos tinklams ir maistinių medžiagų ciklui susiformavusios per milijonus metų sąveikos su Prochlorococcus gali nebūti tiesiogiai perduodamos Synechococcus.
Tyrimas taip pat prognozuoja Prochlorococcus geografinio diapazono pasislinkimą link ašigalių, o ne visišką išnykimą; kaip tropinės buveinės šils, tinkamos sąlygos numatomos judėti į aukštesnes platumas.
Apribojimai ir būsimi tyrimai
Autoriai pažymi metodologinius ribojimus: laive atliekami mėginiai ir statistiniai modeliai gali praleisti retas šilumai atsparias rūšis, o kai kurios tropinės zonos buvo paimtos nepakankamai. Jei egzistuoja iki šiol neaprašyti termotolerantiniai ekotipai, jie galėtų sumažinti prognozuojamus nuostolius. Reikės tęstinio tikslingo mėginių rinkimo, genominių tyrimų ir ilgalaikio stebėjimo, kad būtų patikslintos prognozės ir stebimi adaptaciniai atsakai.
Eksperto įžvalga
Dr. Maya Ortega, jūrų mikrobinė ekologė: "Šis tyrimas pabrėžia vertę matuoti mikrobus jų natūralioje aplinkoje. Laboratoriniai štamai suteikia kontroliuojamą supratimą, bet vandenynas derina fiziką, cheminių medžiagų dinamiką ir biologiją būdais, kurie atskleidžia pažeidžiamumus, ne visuomet matomus kultūrose. Jei Prochlorococcus sumažės pagal prognozes, pasekmės persimes per maisto tinklus ir paveiks regioninį anglies ciklą."
Išvada
Lauko stebėjimai rodo, kad Prochlorococcus termiškai patogia zona yra siauresnė nei manyta anksčiau, o produktyvumas smarkiai krenta esant temperatūrai virš ~30 °C. Numatomos vandenynų šilimo prognozės gali ženkliai sumažinti tropinę ir pasaulinę Prochlorococcus produktyvumą iki 2100 m., ypač aukštų emisijų scenarijuje, skatindamos diapazono pasislinkimą ir galimus ekologinius pokyčius kartu su kitomis cianobakterijomis, tokiomis kaip Synechococcus. Nors šios organizmų grupės greičiausiai neišnyks visiškai, jų gausos ir pasiskirstymo pokyčiai kelia svarbius klausimus apie jūrų ekosistemas, deguonies gamybą ir anglies ciklą, kuriems būtinas tęstinis stebėjimas ir papildomi moksliniai tyrimai.
Quelle: sciencealert
Kommentar hinterlassen