Команда з Інституту океанографії Скриппса Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та Університету Лінкольна з’ясувала, що ключову роль у тому, скільки вуглецю потрапляє в глибокі шари океану, відіграє «липкість» так званого морського снігу. За їхніми даними, найгустіші й найв’язкіші частинки здатні перенести в глибини більш ніж у шість разів більше вуглецю, ніж більш рідкі, менш в’язкі агрегати. Про це йдеться в матеріалі на сайті ScienceDaily.
Що таке морський сніг і чому він важливий для клімату
Глибоко під поверхнею океану постійно «падає» морський сніг — не кристали льоду, а дрібні грудочки відходів, загиблих організмів та іншого сміття. До його складу входять слиз, екскременти тварин, залишки планктону, мул та інші органічні й неорганічні частинки.
Коли цей матеріал повільно опускається вниз, він переносить із поверхневих вод величезні обсяги вуглецю. Оцінки свідчать, що морський сніг щороку виводить із верхнього океану понад 10 гігатонн вуглецю. Водночас лише близько 2 гігатонн досягають таких глибин, де вуглець може зберігатися сотні й навіть тисячі років.
Велика частина вуглецю «губиться» дорогою — і це давно дивувало вчених. Мікроорганізми харчуються цими частинками під час їхнього занурення та поступово руйнують їх, повертаючи частину вуглецю назад у воду й атмосферу. Нове дослідження показало, що вирішальним фактором є фізичні властивості самих частинок, передусім їхня в’язкість.
Як вчені зазирнули всередину слизових частинок
Робота стартувала у 2021 році, коли постдокторант Скриппса Брайс Інман (Bryce Inman) поставив собі за мету дослідити те, що він називає «мусколандшафтом» — мікроскопічним світом усередині слизу та морського снігу. За його словами, до цього часу нікому не вдавалося спостерігати, як окремі бактерії взаємодіють із фізичною структурою слизу на потрібному масштабі.
Разом із колегами, зокрема мікробіологом Фарруком Азамом (Farooq Azam), Інман протягом чотирьох років випробовував різні підходи. Перші спроби виявилися невдалими, поки в 2025 році команда не розробила робочий метод.
Рішенням стала комбінація 3D-конфокальної мікроскопії та спеціально розроблених флуоресцентних молекул. Конфокальна мікроскопія дозволяє «сканувати» зразок на різних глибинах і відтворювати його структуру в трьох вимірах, а флуоресцентні маркери роблять окремі елементи частинок видимими.
Уперше вчені змогли роздивитися «фізичний рельєф» окремих частинок морського снігу й одночасно спостерігати, як живі бактерії рухаються крізь цей простір та заселяють його. Знімки показали надзвичайно складне мікросередовище з ділянками різної густини й в’язкості, що впливають на те, де саме можуть оселитися бактерії та наскільки легко вони проникають углиб частинки.
Чому липкіші грудочки занурюються глибше
Подібно до сніжинок у повітрі, частинки морського снігу дуже різні за будовою. Вони містять унікальні суміші органічних і неорганічних компонентів, що створює відмінності у складі, структурі та в’язкості.
Нове зображення цих частинок, детальніше описане в супровідному дослідженні в Nature Communications, показало, що бактерії насамперед колонізують області ближче до поверхні, де матеріал менш в’язкий. Щільні, дуже клейкі внутрішні регіони виявилися для мікроорганізмів значно важче проникними.
Інман порівнює це з черв’яком в яблуці: м’яку м’якоть легко прогризти, тоді як щільна серцевина вимагає більше зусиль. Так само й тут: бактерії спочатку «обробляють» легкодоступні, менш в’язкі частини, а до густих центральних зон доходять лише після часткового руйнування частинки.
Лабораторні експерименти показали, що чим вища в’язкість морського снігу, тим довше він чинить опір бактеріальному розкладанню й фрагментації. Комп’ютерні моделювання підтвердили, що такі частинки зберігаються цілими довше та встигають опуститися на більшу глибину, перш ніж розпастися.
На основі цих результатів команда оцінила, що дуже в’язкий морський сніг здатен доставляти в глибокий океан більш ніж у шість разів більше вуглецю, ніж менш в’язкі частинки, які швидко розщеплюються бактеріями. Це допомагає пояснити, чому деякі агрегати ефективно транспортують вуглець у безодню, тоді як інші «розчиняються» ще в середніх шарах океану.
Слиз як прихована «архітектура» для бактерій
Хоча дослідження було зосереджене на морському снігу, його висновки стосуються й інших середовищ, де бактерії взаємодіють зі слизом. Слизові структури відіграють важливу роль у житті коралових рифів, лісів ламінарій, кореневих систем рослин, а також у травних системах людини та тварин.
Зазвичай слиз уявляють як однорідну, слизьку масу. Проте нова технологія візуалізації показує, що він має складний внутрішній «ландшафт» із мікроскопічними опуклостями, западинами й зонами різної густини. Усе це може впливати на те, як поводяться бактерії: де вони закріплюються, як рухаються й наскільки швидко розкладають матеріал.
Розуміння цих фізичних особливостей відкриває можливості для детальнішого вивчення біологічних процесів — від відновлення коралових рифів до досліджень кишкової мікрофлори. Крім того, метод дає змогу аналізувати раніше недоступні для прямого спостереження мікроскопічні середовища, в яких живуть бактерії.
За словами Інмана, слиз — як би його не називали — має «дивовижно складну структуру» на масштабах, менших за розмір бактерій. Це перший раз, коли дослідники дійсно почали розглядати його як фізичне середовище існування мікроорганізмів, а не просто як однорідну масу.
Відкриття додає важливу ланку до розуміння того, як вуглець подорожує океаном, і показує, що навіть така, на перший погляд, буденна властивість, як в’язкість підводного слизу, може мати далекосяжні наслідки для всієї кліматичної системи планети.