Ученые из США и Великобритании выяснили, почему большая часть углерода, захваченного органическими частицами на поверхности океана, не достигает морских глубин. Ключевым фактором оказалась вязкость так называемого «морского снега» – взвеси из отходов, мертвых организмов и другого мусора. Чем плотнее и клейче эти частицы, тем больше углерода они способны доставить на глубину, где он может храниться веками, не попадая в атмосферу.
В океане постоянно идет своего рода снегопад: из верхних слоев воды в глубину опускаются мельчайшие частицы органических отходов, останков планктона и ила. Этот процесс играет важную роль в углеродном цикле Земли. Ежегодно «морской снег» выводит из поверхностных вод более 10 гигатонн углерода, однако до глубин, где он может оставаться изолированным сотни и тысячи лет, доходит лишь около 2 гигатонн. Долгое время оставалось загадкой, куда исчезает остальная часть.
Исследователи из Океанографического института Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего и Университета Линкольна обнаружили, что вязкость частиц определяет, как быстро их разрушают бактерии и как глубоко они могут погрузиться. Согласно работе, опубликованной в журнале Science, наиболее клейкие частицы способны доставить на дно в шесть раз больше углерода, чем более рыхлые.
Чтобы изучить взаимодействие бактерий со структурой слизи на микроуровне, ученые четыре года разрабатывали новую методику. Она объединяет трехмерную конфокальную микроскопию и флуоресцентные молекулы, которые подсвечивают структуру частиц. Технология впервые позволила в реальном времени наблюдать, как бактерии перемещаются по частицам «морского снега» и взаимодействуют с ними.
Наблюдения показали, что бактерии предпочитают колонизировать участки на поверхности частиц с меньшей вязкостью. Более плотные и клейкие области внутри для них труднодоступны, что замедляет распад всей частицы. Лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование подтвердили, что вязкие частицы дольше сопротивляются разрушению и успевают опуститься глубже, прежде чем их полностью переработают микроорганизмы.
Результаты исследования не только объясняют важный аспект океанического углеродного цикла, но и имеют значение для других сред, где бактерии взаимодействуют со слизью. Это касается экосистем коралловых рифов, корневых систем растений и даже пищеварительной системы человека. Новый метод визуализации показал, что слизь, которую ранее считали простой субстанцией, обладает сложной внутренней структурой, влияющей на поведение микроорганизмов.
