Арктика ожила: подо льдом нашли то, чего там быть не могло — Земля меняется прямо на глазах

Понимание процессов, происходящих в Арктическом океане, переживает переломный момент. Об этом сообщает издание techno-science.net. Новые данные Копенгагенского университета показали: в ледяных глубинах Северного Ледовитого океана активно протекают биологические процессы, ранее считавшиеся возможными лишь в тропических морях. Это открытие меняет представления учёных о функционировании полярных экосистем и их роли в глобальном климате.

Неожиданный источник азота в арктических водах

Исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, доказало, что фиксация азота — процесс, при котором бактерии преобразуют газообразный азот в форму, пригодную для живых организмов, — происходит и под арктическим льдом. До недавнего времени учёные считали, что такие реакции невозможны при низких температурах и слабом освещении.

В тёплых морях этот процесс обеспечивают цианобактерии, однако в Арктике их заменяют особые нецианобактериальные микроорганизмы, способные работать в экстремальных условиях. Они преобразуют растворённый в воде азот в аммоний, который служит строительным материалом для морской жизни. Их метаболизм приспособлен к холоду и недостатку света, что делает их уникальными участниками круговорота веществ в северных морях.

Научные экспедиции на судах "Поларштерн" и "Оден" впервые позволили количественно оценить этот процесс. Измерения показали скорость фиксации до 5,3 наномоля азота на литр в день, что сопоставимо с умеренными широтами. Наблюдения охватили акватории от моря Ванделя до Евразийского бассейна, подтвердив широкое распространение этого явления.

Граница льда как биологический очаг

Активность микроорганизмов оказалась максимальной в зонах таяния льда. Эта переходная область получает больше света и органических веществ, создавая оптимальные условия для микробов. Исследователи пришли к выводу, что растворённое органическое вещество играет решающую роль в запуске фиксации азота.

"Мы наблюдаем своеобразную симбиозную систему между таянием льда и ростом микробных сообществ", — отмечается в издании techno-science.net.

По мере ускорения потепления и уменьшения площади морского льда этот процесс может усиливаться, изменяя химический и биологический баланс Арктики.

Новые источники доступного азота способны изменить продуктивность арктических экосистем. Водоросли, которые раньше страдали от нехватки питательных веществ, получают дополнительное питание, что стимулирует их размножение. В результате возрастает биомасса фитопланктона — первичного звена всей морской пищевой цепи.

Цепная реакция в пищевой сети

Рост фитопланктона ведёт к увеличению популяции зоопланктона — планктонных ракообразных, питающихся микроводорослями. За ними следуют рыбы, морские птицы и млекопитающие, которые зависят от нижних звеньев пищевой пирамиды. Учёные предупреждают: усиление этого каскада может радикально изменить структуру арктических экосистем, хотя точные последствия пока трудно оценить.

Для местных экосистем такие изменения двояки. С одной стороны, прирост фитопланктона способен улучшить условия кормовой базы для многих видов. С другой — избыточное цветение может привести к локальным дефицитам кислорода, что нарушит баланс экосистемы. Этот процесс требует внимательного мониторинга и точного моделирования.

Основные возможные эффекты таяния льда и фиксации азота:

• рост численности фитопланктона и зоопланктона;

• усиление пищевых связей в низших звеньях цепи;

• перераспределение биомассы в арктических регионах;

• потенциальное изменение миграционных маршрутов рыб и морских животных.

Арктика и глобальный углеродный цикл

Влияние нового открытия выходит далеко за рамки северных морей. Фитопланктон играет ключевую роль в поглощении углекислого газа: в процессе фотосинтеза он связывает углерод из атмосферы и превращает его в органическое вещество. После гибели микроводорослей углерод опускается в глубины океана, где может сохраняться столетиями — этот механизм известен как "биологический насос".

Если фиксация азота действительно увеличивает биомассу фитопланктона, океан может усилить свою способность поглощать углекислый газ. Однако, как подчёркивают исследователи, этот эффект не однозначен. Усиление одних процессов может компенсироваться другими — например, закислением воды или изменением течений. Поэтому точные прогнозы требуют более сложных моделей и учёта множества факторов.

Научная переоценка Арктики

Фиксация азота давно известна как краеугольный процесс биогеохимии. Она превращает инертный атмосферный азот, недоступный большинству живых существ, в соединения, пригодные для питания. Основную роль здесь играет фермент нитрогеназа, присутствующий у некоторых бактерий и архей. Эти организмы называются диазотрофами и обеспечивают естественное "удобрение" океанов.

Ранее считалось, что основная активность диазотрофов сосредоточена в тёплых морях, где обитают цианобактерии. Новые наблюдения опровергают это убеждение: оказалось, что нецианобактериальные диазотрофы способны жить и работать в ледяных морях, что расширяет представления о географии процессов фиксации.

Это открытие заставляет по-новому взглянуть на Арктику как на активную биосферную зону, а не "замороженный" регион планеты. Потепление, которое разрушает ледовые щиты, одновременно создаёт новые ниши для микробной жизни, стимулируя сложные и малоизученные биохимические реакции.

В поисках баланса

С точки зрения климата открытие носит двойственный характер. С одной стороны, усиление микробной активности способствует поглощению углекислого газа и, теоретически, может замедлить глобальное потепление. С другой — ускоренное таяние льда, которое делает этот процесс возможным, само является следствием изменения климата. Таким образом, природа вступает в сложный цикл обратных связей, где каждое звено способно усиливать или ослаблять другие.

Учёные Копенгагенского университета подчёркивают необходимость пересмотра климатических моделей, включающих новые биологические параметры Арктики. Именно эти малозаметные процессы на микроскопическом уровне могут со временем определить, насколько устойчивым окажется климат Земли.