Сменная работа помогает морским микробам делиться скудными ресурсами океана

Микроорганизмы — самая многочисленная форма жизни в океане. Морские микробы ответственны за создание примерно половины органического углерода, пригодного для использования жизнью. Многие из них живут у поверхности, завися от энергии солнца для фотосинтеза.

Учитывая низкую доступность и высокую конкуренцию за ключевые питательные вещества, такие как азот, в открытом океане, ученые долго не могли объяснить огромное разнообразие микробных видов. Исследователи из Вашингтонского университета совместно с коллегами из 12 других институтов показали, что ключевую роль играет время суток. Исследование опубликовано 20 января в Nature Ecology & Evolution.

Работа началась в 2015 году в рамках проекта Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology. Ученые изучали микробов в поверхностном слое Северного Тихоокеанского субтропического круговорота — крупнейшего сплошного участка океана на Земле.

Исследователей интересовало, как суточные колебания фотосинтеза влияют на микробное сообщество, функционирование экосистемы, накопление и перемещение углерода, а также взаимодействие организмов.

Интегрировав данные о времени метаболических процессов у разных микробов в течение 24-часового цикла освещенности (от транскрипции генов до синтеза молекул, таких как липиды), ученые обнаружили, что сосуществование такого разнообразия микробов может определяться не конкуренцией, а временем поглощения ими азота.

При смещенном по времени потреблении этого важнейшего питательного вещества микробам приходится конкурировать не со всем сообществом, а только с организмами, которые активны в ту же самую «смену». Это может ослаблять конкуренцию и позволять разнообразным микробам жить за счет одного источника питательных веществ.

Благодаря междисциплинарной команде в экспедиции 2015 года данные почти обо всем метаболическом процессе собирались одновременно из одной и той же воды каждые четыре часа. Это дало беспрецедентную возможность увидеть различия в метаболической активности микробов в течение суток.

Данные показали, что пики активности приходятся на четыре времени: вечер (18:00), ночь (2:00), утро (6:00) и день (между 10:00 и 14:00). Хотя эти периоды были важны для многих типов микробов, активность разных групп в каждое из этих времен не была одинаковой.

Осознание того, что различные типы микробов потребляют азот в разное время суток, помогает ответить на давний вопрос океанографии: как может существовать такое невероятное разнообразие жизни практически в одном месте и в одно время? Понимание причин этого разнообразия поможет лучше прогнозировать изменения в этих сообществах по мере изменения океана.