Менше кисню з океану? Наука б’є на сполох через зникнення Prochlorococcus

Ми звикли, що проблема глобального потепління асоціюється насамперед з таненням льодовиків, екстремальними погодними явищами та загрозою для наземних екосистем. Однак, не менш критичні процеси відбуваються і у Світовому океані, який відіграє ключову роль у підтримці життя на планеті. Океан — це не лише домівка для китів, коралів і риб. Це гігантська «зелена фабрика» планети, що виробляє кисень, адже фотосинтез в океанах дає фору всьому суходолу.

Більшість людей знають про ліси Амазонії — «легені Землі». Але як виявилося, головний виробник корисного кисню на планеті це не рослини суходолу, а фітопланктон. І конкретно Prochlorococcus. Саме він стоїть на передовій боротьби за кліматичну рівновагу. Причина в тому, що фітопланктон виробляє кисень у величезній кількості, а сам споживає його мінімально. Пропорції десь 10:1.

Але наразі науковці б’ють на сполох: потепління океанів, а саме стрімке підвищення температури поверхневих вод створює загрозу для фітопланктону. На практиці це означає:

• порушення стабільності морської екосистеми;
• зменшення Prochlorococcus;
• суттєве зниження виробництва кисню океаном;
• виснаження бази морської харчової мережі.

В результаті — нагальна загроза для океану, планети, живих організмів та людини.

Що таке Prochlorococcus та чому він такий важливий?

Prochlorococcus — це найменша фотосинтезуюча клітина у світі, діаметром всього 0,6 мікрометра. Попри свої мікроскопічні розміри, він є одним з найбільш масових організмів планети. Живе в освітлених сонячних водах і покриває до 75% поверхні світового океану.

Ключові функції Prochlorococcus:

• Фотосинтез в океанах. Ці мікроскопічні організми виробляють близько 20% кисню планети. Це означає, що кожен п’ятий наш вдих — заслуга Prochlorococcus.
• Перша ланка ланцюга харчування. Prochlorococcus годує інші види фітопланктону та мікроорганізми, якими харчуються риби, й далі по ланцюжку. Це майже половина їжі в тропічному океані. Сотні видів залежать від цих Prochlorococcus. Тобто без нього руйнується вся харчова піраміда океану та планети в цілому.
• Регуляція клімату. Завдяки засвоєнню вуглекислого газу Prochlorococcus допомагає стабілізувати глобальну температуру.

Ці організми можна назвати “невидимими лісами” океану. І саме вони формують стабільність морської екосистеми. Та новітні дослідження показують, що навіть такі мікроскопічні організми мають межу витривалості. І ця межа вже близько.

Що буде, коли океан стане надто гарячим?

Протягом десятиліть вчені вважали, що Prochlorococcus лише виграє від глобального потепління. Адже теплі води мали б стимулювати їхній розвиток. Ці припущення ґрунтувалися на обмежених даних з лабораторних досліджень. Але нові дані руйнують всі оптимістичні припущення. 

Нещодавно у журналі Nature Microbiology було опубліковане масштабне дослідження з аналізу здатності до адаптації мікроорганізмів. Роботи проводила команда науковців з Вашингтонського університету, під керівництвом доцента Франсуа Рібале. Загальна тривалість — понад десять років. За цей час було здійснено понад 100 дослідницьких круїзів, що еквівалентно шести навколосвітнім подорожам.

Під час експедицій команда перевіряла зразки води Тихого океану. Для цього використовувалася система  SeaFlow. Це пристрій, який безперервно втягує морську воду для підрахунку мікроорганізмів в режимі реального часу. За весь час досліджень нараховано близько 800 мільярдів окремих клітин, взятих зі зразків на кожному кілометрі. Це дало безпрецедентно точну картину реального стану океанських мікроорганізмів. Що ж показали дослідження? Результати, відверто, невтішні:

• Якщо температура поверхневих вод океану перевищить 27,8°C, популяція Prochlorococcus у тропіках може скоротитися наполовину протягом наступних 75 років.
• За прогнозами, багато районів вже найближчим часом сягнуть позначки 30°C і вище. Це означає, що зміни екосистем через глобальне потепління будуть радикальними.

Звісно, є інші види фітопланктону, крім Prochlorococcus. Вони можуть переміщуватися та в дечому компенсувати втрату кисню і їжі. Проте це все одно не буде ідеальними замінниками. Адже в ході еволюції протягом мільйонів років створювалася дуже специфічна взаємодія. І руйнування найнижчого щабля вплине на всю унікальну систему.

Щоб перевірити здатність Prochlorococcus до еволюції та адаптації до спекотних умов, фахівці змоделювали гіпотетичний жаростійкий штам. Але при перевірці виявлено, що навіть цього недостатньо для того, щоб протистояти високим температурам, якщо океан продовжить нагріватися. 

Думки експертів в цьому питанні одностайно негативні:

• Франсуа Рібале, автор дослідження, попереджає, що це ключові види. І коли чисельність ключового виду зменшується, це завжди має наслідки для біорізноманіття. Харчова мережа зміниться і це зачепить всіх.
• Стівен Біллер з коледжу Веллслі, який і назвав Prochlorococcus «невидимим лісом» океану, наголошує, що від цих організмів без перебільшення залежить виживання людини. А масштаби потенційного впливу високих температур реально вражають.
• Пол Берубе з Массачусетського технологічного інституту підкреслює, що Prochlorococcus годують усе інше. Коли змінюється база системи, змінюється і все над нею.

А найстрашніше те, що дані проведених досліджень консервативні. Вони не враховують дію пластикового забруднення, хімічних відходів та інші екологічні ризики. Але це теж здатне призвести до втрати біорізноманіття в морських екосистемах. Тобто зменшення Prochlorococcus на половину менше ніж за сто років — це ще оптимістичний сценарій. Реальна ситуація може бути ще гіршою. 

Маленькі кроки до великих змін: що можна зробити самотужки?

Висока температура поверхневих вод океану сьогодні реальна загроза. Глобальне потепління ближче, ніж здається. При чому всі вчені знають, що викликає ці процеси. Жодних дискусій немає і не може бути. Потрібно стримувати викиди парникових газів. 

Результати досліджень фітопланктону — сигнал тривоги не лише для науковців, а й для всього людства. Адже, зважаючи на майбутні прогнози температури океану є цілком реальний ризик втратити цих невидимих виробників кисню та змінити планету до невпізнання.

Може здатися, що загроза для Prochlorococcus і майбутнє океану — це щось далеке, глобальне і некероване. Але насправді зміни починаються з нас. Адже глобальне потепління є результатом щоденних звичок мільйонів людей по всьому світу. Серед простих, але дієвих кроків:

• сортування та переробка відходів;
• відмова від одноразових пакетів, пляшок та посуду;
• енергоефективність, зокрема в питаннях техніки та транспорту;
• використання органічних засобів для дому, без агресивних компонентів.

Звісно, можна вийти на демонстрації та вимагати від урядів рішучих дій щодо клімату. Але ще потужніше — показати приклад у своєму щоденному житті. Адже коли екологічне мислення стає нормою для кожного, зменшується навантаження на океани та довкілля загалом.