Откритие в океана, което променя представата за въглеродния цикъл на Земята

Ваня Милева Последна промяна на 23 юли 2024 в 00:00 22128 0

Диатомеи

Кредит Prof. Gordon T. Taylor, Stony Brook University, Public domain, via Wikimedia Commons.

Диатомеи

Ново проучване би могло потенциално да промени научната представа за връзката между диатомеите в океана и въглерода, което ще окаже голямо въздействие върху това, което се знае за въглеродния цикъл, от който зависят много съвременни проблеми с климата.

Диатомеите. наричани и кремъчни водорасли (Diatomea) са едноклетъчни планктонни водорасли, за които се смята, че генерират 1/4 от кислорода в света и разграждат 1/5 от въглеродния диоксид в света чрез фотосинтеза. Сега ново изследване показва, че диатомеите често се хранят директно с въглерод, в допълнение към приемането на въглероден диоксид чрез процеса на фотосинтеза.

Абсобция на въглеродния диоксид

За първи път се откриват практически доказателства в океаните на Земята, че диатомеите не оцеляват единствено чрез фотосинтеза.

Изследователският екип, ръководен от университета в Сан Диего, сравнява резултатите от отглеждани в различни лабораторни условия на диатомеи с реални океански проби. От 200 000 вида фитопланктон, екипът се фокусира върху специфичен щам диатомеи, наречен Cylindrotheca clostridium. Благодарение на своята адаптивност, този щам е широко разпространен в световен мащаб, така че проучването може да даде информация за глобалните последици от дейността на този фитопланктон.

Изследваната диатомея Cylindrotheca closterium. Кредит: Flickr (CC BY 2.0)

Отдавна е известно, че диатомеите фотосинтезират, но екипът открива, че тези кремъчни водорасли консумират и органичен въглерод директно, както е в океана. Проби, събрани от целия свят, разкриват доказателства за директна консумация на въглерод в 70% от случаите.

Обикновено морският планктон участва:

  • или във фотосинтеза самостоятелно, известна като фотоавтотрофия;
  • или консумира само органична материя, процес, наречен хетеротрофия;
  • или накрая в миксотрофия, комбинация от двете.

Но C. closterium преобръща съществуващата представа на биолозите за неговия метаболитен процес, като се има предвид, че пробите предоставят доказателства, че се извършват и трите вида процеси, разпределени така:

  • 70% от времето се разгражда въглеродът, което е хетеротрофия;
  • 21% за фотоавтотрофия и;
  • само 8% за хетероавтотрофия.

Класификация на организмите въз основа на техния метаболизъм. Кредит: Wikipedia, CC

Предимствата на метаболизма на нкремъчните водорасли

Това може да е нееднозначна новина за океанските екосистеми и въглеродния цикъл, тъй като метаболизмът на водораслите увеличава доставките на морска храна, но усложнява връзката им с въглеродния диоксид.

Миксотрофията притежава очевидното предимство пред който и да е разнообразен поток от хранителни вещества - ако условията са лоши за един източник, другият остава като резервен вариант. Освен това се смята, че миксотрофията увеличава притока на въглерод към по-големите организми с приблизително 35%.

Миксотрофният метаболизъм обаче намалява количеството въглероден диоксид, който диатомеите разграждат с 25%. Известно утешение е, че при половината от пробите, в които диатомеята действа хетеротрофно, изглежда, че това е резултат от изключително ниска концентрация на въглероден диоксид, наличен в околната среда. Следователно въглеродният диоксид остава предпочитан източник на храна на диатомеята.

Две допълнителни открития помагат на учените да разберат по-добре как това откритие се вписва в океанската екосистема. Първото е, че кремъчните водорасли, показващи това поведение както на директно консумиране на въглерод, така и на използване на фотосинтеза, увеличават масата си много по-бързо от тези, които разчитат само на фотосинтеза. Този бърз масов растеж е добра новина, тъй като диатомеите натрупват големи количества липиди, което ги прави полезни за добив на биогорива. Второто е, че специфични щамове бактерии може да са отговорни за захранването на диатомеите с въглерод.

Изследване на океанските екосистеми

Изследователският екип прилага много подробни модели на метаболитни процеси на специфични организми, метаболитни модели в мащаба на геном (GEM - genome-scale metabolic model), в глобален мащаб, подход, който са част от новата им методология. Тяхната работа създава "най-големия метаболитен модел на диатомеи до момента", според автора на изследването Маниш Кумар (Manish Kumar).

Те започват с GEM, включващи информация като всички биохимични реакции в диатомеята и др., след което прилагат ограничения, използвайки данни за глобалната генна експресия, събрани от океанската експедиция TARA. Участващите изследователи смятат, че са първите, които прилагат подобен метод.

Макар C. closterium да присъства в световен мащаб, остава въпросът колко точно миксотрофия се среща в океаните на Земята. По-нататъшното изучаване на тези метаболитни процеси ще бъде от съществено значение за разплитането на морската хранителна мрежа и въглеродния цикъл.

Диатомеята Phaeodactylum tricornutum. Кредит: Wikimedia Commons

Екипът вижда това като ново начало в разбирането на глобалния въглероден цикъл. През 2016 г. те са разработили GEM за диатомеята Phaeodactylum tricornutum. Оттогава имат разработени GEM за още няколко диатомеи, Fragilariopsis cylindrus и Thalassiosira pseudonana. Този напредък в моделирането осигурява още по-широка основа за продължаване на изследванията върху диатомеите и въглерода.

Като разгледаме организмите, които произвеждат толкова много от нашия кислород и абсорбират изключително количество въглероден диоксид в световен мащаб, можем да разберем по-добре цикъла, който ни засяга толкова много.

Когато многобройните нюансирани фактори, влияещи върху въглерода и следователно върху климата, бъдат разбрани, учените и инженерите ще могат да разберат по-добре з как да се справят със свързаните с него опасения.

Справка: Manish Kumar et al.; ,Mixotrophic growth of a ubiquitous marine diatom. Sci. Adv. 10, eado2623(2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado2623

Източник: Researchers Have Made an Oceanic Discovery That Could Shift Our Understanding of Earth’s Carbon Cycle, The Debrief

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !