Меньше кислорода из океана? Наука бьет тревогу из-за исчезновения Prochlorococcus

Мы привыкли, что проблема глобального потепления ассоциируется прежде всего с таянием ледников, экстремальными погодными явлениями и угрозой для наземных экосистем. Однако не менее критические процессы происходят и в Мировом океане, который играет ключевую роль в поддержании жизни на планете. Океан — это не только дом для китов, кораллов и рыб. Это гигантская «зеленая фабрика» планеты, производящая кислород, ведь фотосинтез в океанах дает фору всему суше.

Большинство людей знают о лесах Амазонии — «легких Земли». Но как оказалось, главный производитель полезного кислорода на планете — это не растения суши, а фитопланктон. И конкретно Prochlorococcus. Именно он стоит на передовой борьбы за климатическое равновесие. Причина в том, что фитопланктон производит кислород в огромном количестве, а сам потребляет его минимально. Пропорции где-то 10:1.

Но сейчас ученые бьют тревогу: потепление океанов, а именно стремительное повышение температуры поверхностных вод создает угрозу для фитопланктона. На практике это означает:

• нарушение стабильности морской экосистемы;
• уменьшение Prochlorococcus;
• существенное снижение производства кислорода океаном;
• истощение базы морской пищевой сети.

В результате — колоссальная угроза для океана, планеты, живых организмов и человека.

Что такое Prochlorococcus и почему он так важен?

Prochlorococcus — это самая маленькая фотосинтезирующая клетка в мире, диаметром всего 0,6 микрометра. Несмотря на свои микроскопические размеры, он является одним из самых массовых организмов планеты. Живет в освещенных солнцем водах и покрывает до 75% поверхности мирового океана.

Ключевые функции Prochlorococcus:

• Фотосинтез в океанах. Эти микроскопические организмы производят около 20% кислорода планеты. Это означает, что каждый пятый наш вдох — заслуга Prochlorococcus.
• Первое звено пищевой цепи. Prochlorococcus кормит другие виды фитопланктона и микроорганизмы, которыми питаются рыбы, и далее по цепочке. Это почти половина пищи в тропическом океане. Сотни видов зависят от этих Prochlorococcus. То есть без него разрушается вся пищевая пирамида океана и планеты в целом.
• Регуляция климата. Благодаря усвоению углекислого газа Prochlorococcus помогает стабилизировать глобальную температуру.

Эти организмы можно назвать «невидимыми лесами» океана. И именно они формируют стабильность морской экосистемы. Но новейшие исследования показывают, что даже такие микроскопические организмы имеют предел выносливости. И этот предел уже близок.

Что будет, когда океан станет слишком горячим?

На протяжении десятилетий ученые считали, что Prochlorococcus только выиграет от глобального потепления. Ведь теплые воды должны были бы стимулировать их развитие. Эти предположения основывались на ограниченных данных из лабораторных исследований. Но новые данные разрушают все оптимистические предположения. 

Недавно в журнале Nature Microbiology было опубликовано масштабное исследование по анализу способности к адаптации микроорганизмов. Работы проводила команда ученых из Вашингтонского университета под руководством доцента Франсуа Рибале. Общая продолжительность — более десяти лет. За это время было осуществлено более 100 исследовательских круизов, что эквивалентно шести кругосветным путешествиям.

Во время экспедиций команда проверяла образцы воды Тихого океана. Для этого использовалась система SeaFlow. Это устройство, которое непрерывно втягивает морскую воду для подсчета микроорганизмов в режиме реального времени. За все время исследований насчитано около 800 миллиардов отдельных клеток, взятых из образцов на каждом километре. Это дало беспрецедентно точную картину реального состояния океанских микроорганизмов. Что же показали исследования? Результаты, откровенно говоря, неутешительные:

• Если температура поверхностных вод океана превысит 27,8°C, популяция Prochlorococcus в тропиках может сократиться наполовину в течение следующих 75 лет.
• По прогнозам, многие районы уже в ближайшее время достигнут отметки 30°C и выше. Это означает, что изменения экосистем из-за глобального потепления будут радикальными.

Конечно, есть и другие виды фитопланктона, кроме Prochlorococcus. Они могут перемещаться и в некоторой степени компенсировать потерю кислорода и пищи. Однако это все равно не будет идеальным заменителем. Ведь в ходе эволюции на протяжении миллионов лет создавалось очень специфическое взаимодействие. И разрушение самой низшей ступени повлияет на всю уникальную систему.

Чтобы проверить способность Prochlorococcus к эволюции и адаптации к жарким условиям, специалисты смоделировали гипотетический жаростойкий штамм. Но при проверке выяснилось, что даже этого недостаточно для того, чтобы противостоять высоким температурам, если океан продолжит нагреваться. 

Мнения экспертов в этом вопросе единодушно отрицательные:

• Франсуа Рибале, автор исследования, предупреждает, что это ключевые виды. И когда численность ключевого вида уменьшается, это всегда имеет последствия для биоразнообразия. Пищевая сеть изменится и это затронет всех.
• Стивен Биллер из колледжа Уэллсли, который и назвал Prochlorococcus «невидимым лесом» океана, подчеркивает, что от этих организмов без преувеличения зависит выживание человека. А масштабы потенциального воздействия высоких температур реально впечатляют.
• Пол Берубе из Массачусетского технологического института подчеркивает, что Prochlorococcus кормит все остальное. Когда меняется база системы, меняется и все над ней.

А самое страшное, что данные проведенных исследований консервативны. Они не учитывают воздействие пластикового загрязнения, химических отходов и другие экологические риски. Но это тоже способно привести к потере биоразнообразия в морских экосистемах. То есть уменьшение Prochlorococcus наполовину менее чем за сто лет — это еще оптимистичный сценарий. Реальная ситуация может быть еще хуже. 

Маленькие шаги к большим изменениям: что можно сделать самостоятельно?

Высокая температура поверхностных вод океана сегодня — реальная угроза. Глобальное потепление ближе, чем кажется. Причем все ученые знают, что вызывает эти процессы. Никаких дискуссий нет и быть не может. Нужно сдерживать выбросы парниковых газов. 

Результаты исследований фитопланктона — сигнал тревоги не только для ученых, но и для всего человечества. Ведь, учитывая будущие прогнозы температуры океана, есть вполне реальный риск потерять этих невидимых производителей кислорода и изменить планету до неузнаваемости.

Может показаться, что угроза для Prochlorococcus и будущее океана — это что-то далекое, глобальное и неуправляемое. Но на самом деле изменения начинаются с нас. Ведь глобальное потепление является результатом ежедневных привычек миллионов людей по всему миру. Среди простых, но действенных шагов:

• сортировка и переработка отходов;
• отказ от одноразовых пакетов, бутылок и посуды;
• энергоэффективность, в частности в вопросах техники и транспорта;
• использование органических средств для дома, без агрессивных компонентов.

Конечно, можно выйти на демонстрации и требовать от правительств решительных действий в отношении климата. Но еще мощнее — показать пример в своей повседневной жизни. Ведь когда экологическое мышление становится нормой для каждого, уменьшается нагрузка на океаны и окружающую среду в целом.