Метаболический «хак» делает океанические водоросли более устойчивыми к изменению климата XXI века

Исследование, опубликованное в Science Advances, предоставляет чёткие доказательства того, что морской фитопланктон гораздо более устойчив к будущим изменениям климата, чем считалось ранее.

Учёные, объединив данные долгосрочной программы Hawai'i Ocean Time-series с новыми климатическими моделями, выявили механизм пластичности усвоения питательных веществ. Он позволяет морским водорослям адаптироваться к бедным питательными веществами условиям, которые, как ожидается, возникнут в верхних слоях океана из-за глобального потепления.

Фитопланктон — это микроскопические водоросли, которые образуют основу морской пищевой сети. Они поглощают растворённый CO₂ и производят около 50% кислорода, которым мы дышим. Поэтому их реакция на потепление и снижение концентрации питательных веществ (фосфатов, нитратов) критически важна для понимания долгосрочной обитаемости планеты.

Прогнозы изменения глобальной продуктивности фитопланктона на следующие 80 лет остаются крайне неопределёнными. В последнем отчёте МГЭИК указана неопределённость от -20% до +20%.

Глобальное потепление сильнее затрагивает верхние слои океана, делая их более стратифицированными. Это уменьшает поступление питательных веществ из глубины в освещённый солнцем слой, где обитает фитопланктон. Ранее считалось, что это приведёт к существенному снижению продуктивности.

Однако новый анализ данных из района Гавайев показывает, что продуктивность может сохраняться даже в условиях сильного дефицита питательных веществ.

«В таких условиях отдельные клетки фитопланктона могут замещать фосфор серой. На уровне сообщества могут произойти дополнительные сдвиги в сторону таксонов, которым требуется меньше фосфора», — поясняет концепцию пластичности соавтор работы Дэвид Карл.

Дополнительным доказательством пластичности служит тот факт, что в субтропических регионах с низкой концентрацией питательных веществ водоросли усваивают меньше фосфора на единицу углерода в своих клетках по сравнению со среднемировым показателем.

Чтобы изучить влияние этого метаболического «хака» на продуктивность океана, команда провела серию симуляций на суперкомпьютере Aleph с моделью Community Earth System Model (версия 2, CESM2).

• Без учёта пластичности модель воспроизвела предыдущие прогнозы о снижении глобальной продуктивности примерно на 8%.
• С учётом пластичности, настроенной на основе 30-летних наблюдений у Гавайев, модель показала рост глобальной продуктивности до 5% к концу века.

«Регионально эти различия в будущей продуктивности могут быть намного выше, достигая до 200% в субтропических регионах», — говорит первый автор исследования доктор Ын Янг Квон.

За счёт этого дополнительного роста продуктивности океан может поглощать из атмосферы больше CO₂ и связывать его.

Анализ данных 10 других климатических моделей, использованных в 6-м оценочном докладе МГЭИК, подтвердил первоначальные выводы.

«Модели без учёта пластичности, как правило, прогнозируют общее снижение первичной продукции в XXI веке, тогда как те, которые учитывают способность фитопланктона адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ, показывают в среднем рост глобальной продуктивности», — отмечает соавтор доктор М.Г. Среюш.

Авторы предупреждают, что это не означает полной неуязвимости фитопланктона.

«Например, усиление окисления океана снизит скорость кальцификации у некоторых типов фитопланктона, что может привести к крупномасштабным сдвигам в экосистемах», — предупреждает доктор Ын Янг Квон.

«Будущие модели системы Земли должны использовать улучшенные, основанные на наблюдениях представления о том, как фитопланктон реагирует на множественные стрессоры, включая потепление и закисление океана. Это необходимо для прогнозирования будущего морской жизни на нашей планете», — говорит соавтор работы профессор Аксель Тиммерманн.