Каждый второй вдох, который мы делаем, наполнен кислородом, произведенным микроскопическими океанскими водорослями – фитопланктоном. Их способность к фотосинтезу напрямую зависит от железа, которое попадает в море с пылью. Новое исследование ученых из Ратгерского университета, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, проливает свет на то, как работает этот жизненно важный процесс и почему он оказался под угрозой.
Фитопланктон – это основа морских пищевых цепей, и для своего роста эти крошечные организмы нуждаются в железе. Этот микроэлемент поступает в океан в основном с пылью из пустынь, а также с талой водой ледников. «Каждый второй ваш вдох содержит кислород из океана, выделенный фитопланктоном, – говорит Пол Г. Фальковски, соавтор исследования. – Наша работа показывает, что железо является ограничивающим фактором в способности фитопланктона производить кислород в обширных регионах океана».
При нехватке железа фотосинтез – процесс преобразования световой энергии в химическую с выделением кислорода – замедляется или полностью прекращается. В результате фитопланктон растет медленнее, поглощает меньше солнечного света и углекислого газа из атмосферы. По словам Фальковски, все больше данных указывает на то, что изменение климата меняет схемы океанских течений и сокращает количество железа, доставляемого в море.
Хотя это и не приведет к тому, что человечеству станет нечем дышать, последствия для морских экосистем могут быть катастрофическими. «Фитопланктон – основной источник пищи для криля, микроскопических рачков, которые, в свою очередь, являются главной пищей в Южном океане практически для всех животных, включая пингвинов, тюленей, моржей и китов, – объясняет Фальковски. – Когда уровень железа падает и количество доступной пищи для этих крупных животных сокращается, результатом станет уменьшение популяций этих величественных созданий».
Чтобы изучить этот процесс не в лаборатории, а в реальных условиях, ведущий автор исследования Хешани Пупулеватте провела 37 дней в море. На борту британского исследовательского судна она пересекла Южную Атлантику и Южный океан, используя специальные приборы – флуорометры. Они позволили в режиме реального времени измерять, как нехватка железа влияет на фотосинтез на молекулярном уровне.
Измерения показали, что при дефиците железа до 25% белков, улавливающих свет, становятся «отключенными» от структур, которые преобразуют эту энергию. Это приводит к тому, что значительная часть солнечной энергии просто теряется. Исследование впервые наглядно продемонстрировало масштабы этой проблемы непосредственно в открытом океане. Глубокое понимание того, как железо контролирует фотосинтез, поможет ученым точнее прогнозировать изменения в продуктивности океана и глобальном углеродном цикле.
