Южный океан раскрывает секрет дыхания Земли: невидимый металл решает судьбу кислорода

Кислород, который кажется нам привычным и доступным, во многом рождается далеко от суши — в холодных водах Южного океана. Там микроскопические водоросли ежедневно превращают солнечный свет в энергию, выделяя при этом кислород.

Новый научный анализ показывает, что этот процесс напрямую зависит от количества железа, поступающего в морскую среду. Об этом сообщает Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Почему океан играет ключевую роль

Фитопланктон — фундамент океанической жизни и важнейший участник глобального фотосинтеза. Эти крошечные водоросли производят значительную часть кислорода на планете и одновременно поглощают углекислый газ.

Во многих морских организмах встречаются формы преобразования солнечной энергии, но именно фитопланктон обеспечивает основу пищевых цепей и поддерживает биохимический баланс океана.

Железо является критически важным элементом для работы клеток фитопланктона. Оно попадает в Южный океан с ветровой пылью и с талой водой ледников.

Исследование учёных Ратгерского университета показало, что именно недостаток железа в огромных районах океана ограничивает эффективность фотосинтеза. Водоросли в таких условиях используют солнечный свет менее продуктивно и выделяют меньше кислорода.

Что происходит при дефиците микроэлемента

Фотосинтез — это сложная цепь процессов, где световая энергия преобразуется в химическую. Кислород при этом образуется как побочный продукт. Когда железа становится мало, цепочки нарушаются, клетки теряют эффективность, а темпы роста водорослей падают.

Это отражается на всей экосистеме: уменьшается поглощение углекислого газа, ослабевают пищевые цепочки, и страдают организмы, зависящие от фитопланктона.

Учёные предупреждают: изменения климата могут нарушить океаническую циркуляцию, что приведёт к ещё меньшему поступлению железа. Это не представляет прямой угрозы человеческому дыханию, но оказывает серьёзное влияние на морских животных.

Последствия для океанических экосистем

Фитопланктон — основа питания криля, который служит ключевым компонентом рациона пингвинов, тюленей, моржей и многих видов китов. Поэтому дефицит железа способен уменьшить численность сразу нескольких уровней экосистемы. Ослабление фотосинтеза означает сокращение энергии, доступной всем участникам пищевой цепи.

Исследователи подчёркивают, что возможно снижение поступления железа из-за трансформации ледового покрова. Это делает Южный океан особо уязвимым к климатическим изменениям, способным менять устойчивость целых экосистем.

Измерения в открытом океане

Чтобы проверить лабораторные представления на практике, ведущий автор Хешани Пупулеватте провела 37 дней в море в 2023–2024 годах на борту британского научного судна. Маршрут экспедиции охватывал участок от Южной Африки до окраин круговорота Уэдделла, где вода демонстрирует особые течения и формирует уникальные экосистемы.

Учёные использовали специальные флуориметры для отслеживания флуоресценции — индикатора потерь энергии при нарушениях фотосинтеза. Добавление питательных веществ показало, что при восстановлении уровня железа процессы в клетках возвращаются к нормальному режиму.

Что показали результаты

Анализ данных показал: при недостатке железа до четверти светособирающих белков отключаются от энергетических центров клетки, что резко снижает продуктивность. Когда железо в воде пополняется, фитопланктон возобновляет полный цикл фотосинтеза, восстанавливает рост и вновь активнее поглощает углекислый газ.

Знание этих механизмов помогает точнее прогнозировать изменения в продуктивности мирового океана и лучше понимать динамику глобального углеродного цикла. От таких микроскопических процессов зависит устойчивость морских экосистем и многие аспекты жизни на Земле.