Бактерии-диазотрофы: ключ к продуктивности океана

Ученых давно занимал вопрос о том, могут ли бактерии, обитающие в морской воде и питающиеся растворенными органическими веществами, осуществлять фиксацию азота (N2). Ранее считалось, что высокий уровень кислорода в сочетании с низким количеством растворенного органического вещества в толще морской воды препятствует анаэробному и энергозатратному процессу фиксации N2.

Еще в 1980-х годах было высказано предположение, что агрегаты, так называемые «частицы морского снега», могут быть подходящими местами для фиксации N2, и недавно это подтвердилось. Тем не менее, оставался открытым вопрос, почему бактерии, осуществляющие фиксацию N2, встречаются по всему миру в океане. Кроме того, глобальные масштабы и распределение этой активности были неизвестны.

Исследователи из Центра тропических морских исследований имени Лейбница в Германии, Технического университета Дании и Копенгагенского университета, используя механистические математические модели, демонстрируют, что бактерии, прикрепленные к частицам морского снега, могут фиксировать N2 в широком диапазоне температур в Мировом океане, от тропиков до полюсов и от поверхности до глубин. Исследование также показывает, что активность этих бактерий составляет около 10% от общей фиксации N2 в Мировом океане. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Первый автор исследования, Субхенду Чакраборти, сообщает, что работа над исследованием началась почти пять лет назад, когда он был постдоком в Копенгагенском университете. Он добавляет, что затраченные усилия того стоили, поскольку результаты являются настоящим прорывом. Исследование оспаривает давние парадигмы о том, что фиксация N2 в океане ограничена поверхностными водами тропических и субтропических океанов и что цианобактерии являются единственными важными диазотрофами.

С помощью своих механистических моделей исследователи также смогли показать отчетливое широтное распределение бактерий, фиксирующих N2 на частицах морского снега, с самыми высокими показателями в зонах минимума кислорода, обнаруженных в обширных регионах Мирового океана. Кроме того, было показано, что бактерии, связанные с частицами, могут фиксировать N2 в гораздо более широком диапазоне температур, чем цианобактерии.

Профессор кафедры биологии и соавтор исследования Лассе Риманн отмечает, что величина фиксации N2 и отчетливое распределение активности, связанной с частицами, по сравнению с тем, что известно о цианобактериях, представляют большой интерес. Он добавляет, что, фиксируя N2 в основном ниже поверхностных слоев, бактериальная активность, связанная с частицами, как ожидается, будет оказывать косвенное и отсроченное влияние на круговорот азота в океане по сравнению с цианобактериями. Эти выводы могут быть особенно важны при попытке предсказать продуктивность планктона в будущем океане, подверженном влиянию глобального потепления.

Исследователи надеются, что их исследование вдохновит на будущую работу по изучению микробной жизни на морских частицах, учитывая ее, по-видимому, ключевую роль в круговороте многих питательных веществ в океане.