Быстрое исчезновение морского льда в Северном Ледовитом океане обычно воспринимается как экологическая катастрофа. Однако, как выяснили исследователи, этот же процесс таяния может, вопреки ожиданиям, способствовать поддержанию жизни. Отступающий лед создает благоприятные условия для размножения водорослей — основы морской пищевой цепи Арктики.
Водоросли составляют фундамент большинства океанических экосистем, но их рост зависит от азота, которого в арктических водах традиционно мало. Теперь международная группа ученых под руководством Копенгагенского университета обнаружила, что азота может стать доступно значительно больше, чем предполагалось ранее. Это открытие способно перекроить будущее морской жизни в регионе и повлиять на способность океана поглощать углерод.
Исследование впервые подтвердило, что фиксация азота — процесс, в ходе которого определенные бактерии превращают газообразный азот (N2), растворенный в морской воде, в аммоний, — происходит подо льдом Северного Ледовитого океана, даже в его самых отдаленных и центральных областях. Аммоний не только помогает процветать этим бактериям, но и питает водоросли, а значит, и существ, которые от них зависят.
«До сих пор считалось, что фиксация азота не может происходить подо льдом, поскольку условия для организмов, осуществляющих этот процесс, считались слишком неблагоприятными. Мы ошибались», — отмечает Лиза В. фон Фризен, ведущий автор исследования и бывший аспирант биологического факультета.
В отличие от большинства других океанов, где в фиксации азота доминируют цианобактерии, в Северном Ледовитом океане эту роль играют совершенно другие микроорганизмы — нецианобактерии. Ученые обнаружили самые высокие темпы фиксации азота вдоль кромки льда, где таяние наиболее интенсивно. Хотя эти бактерии способны функционировать и подо льдом, они активно размножаются именно на границе таяния. По мере ускорения отступления льда из-за изменения климата эта расширяющаяся зона таяния может способствовать поступлению большего количества азота в экосистему.
«Иными словами, количество доступного азота в Северном Ледовитом океане, вероятно, недооценивалось как в текущих оценках, так и в будущих прогнозах. Это может означать, что потенциал для производства водорослей также был недооценен на фоне продолжающегося сокращения площади морского льда из-за изменения климата», — объясняет фон Фризен.
«Поскольку водоросли являются основным источником пищи для мелких животных, таких как планктонные ракообразные, которых, в свою очередь, поедают мелкие рыбы, увеличение количества водорослей в конечном итоге может повлиять на всю пищевую цепь», — добавляет она.
Этот новый источник азота также может повлиять на объем поглощаемого Северным Ледовитым океаном углекислого газа. Больше водорослей означает более интенсивный фотосинтез, что позволяет океану улавливать большие объемы CO2.
«Для климата и окружающей среды это, вероятно, хорошая новость. Если производство водорослей увеличится, Северный Ледовитый океан будет поглощать больше CO2, поскольку больше углекислого газа будет связано в биомассе водорослей. Однако биологические системы очень сложны, поэтому трудно делать твердые прогнозы, поскольку другие механизмы могут действовать в противоположном направлении», — поясняет Лассе Риманн, профессор биологического факультета и старший автор исследования.
Исследователи подчеркивают, что фиксация азота теперь должна быть учтена в моделях, прогнозирующих будущее Арктики. «Мы пока не знаем, будет ли чистый эффект благоприятным для климата. Но очевидно, что мы должны включить такой важный процесс, как фиксация азота, в уравнение, когда пытаемся предсказать, что произойдет с Северным Ледовитым океаном в ближайшие десятилетия по мере сокращения морского льда», — добавляет Риманн.
В Арктике фиксацию азота осуществляют нецианобактерии. Эти микроорганизмы потребляют растворенное органическое вещество, часто выделяемое водорослями, и взамен производят фиксированный азот, который способствует дальнейшему росту водорослей. Этот обмен создает небольшой, но жизненно важный круговорот питательных веществ подо льдом. Водоросли играют двойную роль в экосистеме: они являются как отправной точкой морской пищевой цепи, так и естественными поглотителями CO2. По мере роста они извлекают углекислый газ из воздуха, который затем может опускаться на дно океана в составе их биомассы.
Исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, было проведено учеными из Копенгагенского университета (Дания), Университета Линнея (Швеция), Института Альфреда Вегенера (Германия), Университета Экс-Марсель (Франция), Национального океанографического центра (Великобритания), Института химии Макса Планка (Германия), Стокгольмского университета (Швеция) и Шведского университета сельскохозяйственных наук (Швеция).
Результаты основываются на данных, полученных в ходе двух крупных исследовательских экспедиций на борту ледоколов IB Oden и RV Polarstern. Образцы и измерения были собраны в 13 точках по всему центральному Северному Ледовитому океану, включая регионы у северо-восточного побережья Гренландии и к северу от Шпицбергена.
