Впервые комплексно описано масштабное цветение фитопланктона в субтропических водах севернее Гавайских островов. Обширные скопления микроскопических водорослей, которые ежегодно появляются на спутниковых снимках в виде огромных цветных пятен и завихрений, долгое время оставались загадкой для ученых. Новое исследование, опубликованное в журнале Progress in Oceanography, проливает свет на физические, биологические и химические условия, запускающие и поддерживающие такие явления в океанской среде.
Как возникает и развивается цветение
Субтропическая область Тихого океана к северу от экватора, где происходят эти события, традиционно считается океанической пустыней из-за крайне низкого содержания питательных веществ. Тем не менее летом здесь наблюдается масштабное цветения фитопланктона — главным образом диатомей и нитрифицирующих бактерий-диазотрофов, способных фиксировать азот из атмосферы и фактически самостоятельно обеспечивать себя нутриентами.
Ученые с помощью исследовательского судна Kilo Moana отправились в экспедицию именно для того, чтобы найти и изучить один из таких всплесков цветения на месте. Они проанализировали состав микробных сообществ, динамику питательных веществ, интенсивность фотосинтеза и активность генов, участвующих в фиксации азота и производстве органических веществ.
Выяснилось, что ключевым фактором является сочетание повышенных концентраций фосфатов и кремния, а также относительно мелкий смешанный слой воды, который удерживает организмы ближе к поверхности и свету.
Влияние на экосистему и углеродный цикл
Массовое размножение фитопланктона не только окрашивает океан в яркие цвета, но и существенно меняет структуру биологической среды. Увеличение концентрации фотосинтезирующих организмов сильно затеняет воду в нижележащих слоях, что снижает фотосинтез на глубине и приводит к изменениям баланса микробных процессов.
Кроме того, когда такие организмы умирают, они быстро оседают на дно, перенося углерод из атмосферы в океанские глубины — это важный и в целом полезный механизм глобального биологического углеродного обмена.
Спектр форм жизни, участвующих в таких событиях, крайне разнообразен: от диатомей, которые формируют основу кормовой базы, до бактерий, обеспечивающих доступ к азоту.
Исследователи также подчеркнули важность долгосрочных наблюдений, таких как программа HOT (Hawai‘i Ocean Time-series), которая предоставляет данные для дифференциации обычных условий и экстремального цветения, губительного для всего живого.
Авторы отмечают, что понимание процессов, ограничивающих рост и распространение диазотрофов, помогает объяснить пределы фотосинтетической продуктивности в открытом океане и
Это исследование позволило нам впервые увидеть целостную картину процессов, управляющих масштабными биологическими событиями. Изучение факторов, которые ограничивают рост диазотропов, говорит нам о том, что ограничивает общий потенциал фотосинтеза в океанских водоворотах с низким содержанием питательных веществ. Это важно, потому что такие водовороты играют большую роль в балансе углекислого газа между океаном и атмосферой. Мы, наконец, можем понять, какие цветения реально влияют на глобальные климатические процессы, а какие остаются незначительным, локальным явлением.
О появлении ядовитых цветущих водорослей на российском Дальнем Востоке читайте в материале Hi-Tech Mail.
