Нові генетичні дослідження пояснюють, як різноманітні види океанічного планктону уникають конкуренції за обмежені ресурси шляхом споживання поживних речовин у різний час доби, що має вагомі наслідки для розуміння кліматичних змін та океанічних екосистем.
“Парадокс планктону” та його вирішення
Ще в 1960-х роках еколог Г. Евелін Хатчінсон сформулювала загадку, відому як “парадокс планктону”: чому в океанах існує така велика кількість видів мікроорганізмів? З математичної точки зору, всі ці види не повинні виживати, якщо вони конкурують за однаковий набір поживних речовин. Останні дослідження пропонують переконливе вирішення цієї багаторічної загадки.
Нещодавно вчені вперше отримали генетичні докази часового розподілу екологічних ніш у планктоні на протилежних сторонах світу. Дослідження, опубліковане в Proceedings of the National Academy of Sciences, виявило, що різні види планктону Саргасового моря по черзі експресують гени для споживання фосфору – обмеженого ресурсу, життєво важливого для їхнього виживання.
Як зазначає Даніель Мураторе, постдокторський науковий співробітник SFI Complexity і перший автор дослідження: “Зміна ніш у часі є додатковим механізмом підтримки біорізноманіття планктону і пояснює парадокс планктону”. Ці висновки підтверджують попереднє дослідження, опубліковане в Nature Ecology & Evolution, яке демонструвало подібний часовий розподіл ніш для споживання азоту в північній частині Тихого океану.
Методологія та результати дослідження
Дослідники проводили збір зразків у Саргасовому морі поблизу Бермудських островів протягом п’яти днів у 2019 році. Кожні чотири години команда збирала, фільтрувала та заморожувала клітини планктону для подальшого аналізу. Після виділення та секвенування РНК з 97 829 генів було виявлено чіткі закономірності в експресії генів.
Аналіз показав, що різні типи планктону споживають фосфор у різний час доби: бактерії, які живляться розчиненими органічними речовинами, споживають фосфор на світанку; фотосинтезуючий планктон з ядрами активно поглинає фосфор протягом дня; ціанобактерії найактивніше споживають його в сутінках.
Мураторе підкреслює значення отриманих результатів:
Зв’язок із кліматичними змінами
Розуміння того, як планктон споживає фосфор, має важливі наслідки для прогнозування впливу людської діяльності на океанічні екосистеми. Фосфор є критично важливим елементом для побудови РНК, ДНК, клітинних мембран та жирових запасів, що забезпечує ріст і функціонування клітин.
Крім того, фосфор відіграє ключову роль у вуглецевому циклі океану. Дослідження, опубліковане в журналі Frontiers in Marine Science у вересні, порівнювало два вихори в Тихому океані – один збагачений фосфором, інший з його дефіцитом. У вихорі з меншою кількістю фосфору більше вуглецевого матеріалу опускалося на дно океану, оскільки планктон за умов дефіциту фосфору накопичував надлишковий вуглець у формі жирів.
Перспективи та значення для майбутніх досліджень
Отримані результати відкривають нові напрямки для дослідження взаємодії масштабів в океані – від молекулярного до глобального. Мураторе планує вивчити, як фосфорний стрес може впливати на інші аспекти життя мікроорганізмів, наприклад, на вірусні інфекції.
В умовах зміни клімату та інтенсивного використання добрив, розуміння циклів поживних речовин в океані набуває особливого значення. Як зазначає Мураторе: “Оскільки клімат продовжує змінюватися під впливом додаткових парникових газів в атмосфері, хімічний склад океану також буде змінюватися. З’ясувавши, як екосистеми справляються з поглинанням поживних речовин, ми можемо передбачити, чи вразливі вони до руйнування”.
Ці дослідження не лише розгадують фундаментальну загадку біорізноманіття, але й допомагають нам краще розуміти, як океани можуть реагувати на глобальні кліматичні зміни.