Как на Земле?
В течение многих лет ученые ломали голову над тем, могут ли бактерии, живущие за счет растворенных органических веществ в морских водах, связываться с азотом, и каким образом. Предполагалось, что высокий уровень кислорода в сочетании с низким количеством растворенного органического вещества в морской водной толще предотвратит анаэробную и энергоемкую фиксацию N2.
Еще в 1980-х годах было высказано предположение, что агрегаты, так называемые «частицы морского снега», могут быть подходящими местами для фиксации N2, но это так и не было доказано.
До настоящего времени..
В новом исследовании исследователи из Копенгагенского университета с помощью математических моделей демонстрируют, что микробная фиксация азота может происходить на этих агрегатах живых и мертвых организмов в морском планктоне. Исследование только что было опубликовано в журнале Nature Communications.
Морской снег
Морской снег состоит из мусора от различных организмов в толще воды.
На снимке показан морской снег из Саргассова моря.
Фотография: L. Риман
«Наша работа заняла почти два года, но она определенно того стоила, поскольку результаты – настоящий прорыв. В тесном сотрудничестве с нашими сотрудниками-исследователями из Центра океанской жизни в DTU Aqua и в США нам удалось создать модель, имитирующую условия на частицах морского снега. С помощью этой модели мы показываем, что морская частица может стать плотно колонизированной бактериями.
Этот рост бактерий вызывает интенсивное дыхание, приводящее к низкой концентрации кислорода на частице, что в конечном итоге обеспечивает анаэробный процесс фиксации N2 », – объясняет первый автор и постдок кафедры биологии Копенгагенского университета Субхенду Чакраборти.
С помощью своей модели исследователи также смогли показать распределение фиксации N2 по глубине в морской толще воды. Они обнаружили, что, помимо прочего, фиксация N2 зависит от размера, плотности и скорости опускания частиц морского снега. Более того, они продемонстрировали, что их смоделированные скорости сопоставимы с фактическими показателями, измеренными в морских водах.
Пробоотборник морской воды
Пробы морской воды часто берутся из бутылок, прикрепленных к так называемой розетке, как показано здесь.
Фотография: L.Asse Riemann
«Это сравнение вселило в нас уверенность в модели», – говорит автор-корреспондент Лассе Риманн, профессор кафедры биологии. Он продолжает: «Мы очень гордимся нашим исследованием, потому что оно дает первое объяснение того, как может происходить фиксация N2, связанная со снегом и морскими водами. Кроме того, результаты показывают, что этот процесс важен для глобального круговорота азота в морской среде и, следовательно, для роста планктона и продуктивности."
Исследователи надеются, что их исследование вдохновит на будущую работу над микробной жизнью на морских частицах из-за его, казалось бы, ключевой роли в круговороте многих питательных веществ в океане.