Ученые бьют тревогу из-за угрозы, которая нависла над океаном

Океанские водоросли, которые обеспечивают человечество кислородом, зависят от железной пыли, поступающей из пустынь, засушливых регионов и тающих ледников.

Новое исследование, проведенное учеными из Ратгерского университета и опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает, как этот микроэлемент влияет на жизненно важный процесс фотосинтеза в морской среде.

Фитопланктон — микроскопические водоросли, лежащие в основе океанической пищевой цепи, — нуждается в железе для своего роста и функционирования.

Этот элемент поступает в Мировой океан в виде пыли, переносимой ветром из пустынь, а также с талыми водами ледников. Один из авторов исследования, заведующий кафедрой бизнеса и природных ресурсов Ратгерского университета, отметил, что половина кислорода, которым мы дышим, производится фитопланктоном в океане. Он подчеркнул, что железо играет ключевую роль в способности этих организмов вырабатывать кислород, особенно в обширных акваториях, где его запасы ограничены.

При недостатке железа процесс фотосинтеза, в ходе которого солнечный свет преобразуется в химическую энергию с выделением кислорода, замедляется или полностью останавливается. Это ограничивает рост фитопланктона, снижает его способность поглощать углекислый газ из атмосферы и улавливать солнечную энергию. Исследователи также указали, что изменение климата влияет на циркуляцию океанических вод, что приводит к сокращению поступления железа. Хотя это не угрожает дыханию человека напрямую, такие изменения могут серьезно повлиять на морские экосистемы. В частности, ученые отметили, что фитопланктон является основным источником питания для криля — мелких ракообразных, которые, в свою очередь, служат пищей для множества морских животных, включая пингвинов, тюленей, моржей и китов. Снижение уровня железа может привести к уменьшению численности этих видов.

Ранее роль железа в фотосинтезе изучалась преимущественно в лабораторных условиях, но новое исследование позволило заглянуть в этот процесс в естественной среде.

Ведущий автор исследования, научный сотрудник кафедры химии и химической биологии Ратгерского университета, в 2023 и 2024 годах провела 37 дней на борту британского исследовательского судна, которое пересекало Южную Атлантику и Южный океан. Маршрут пролегал от побережья Южной Африки до ледовой зоны круговорота Уэдделла и обратно. С помощью специально разработанных флуориметров она измеряла флуоресценцию — показатель энергии, выделяемой фитопланктоном при нарушении фотосинтеза. Затем в собранные образцы добавлялись питательные вещества, чтобы проверить, может ли это стимулировать процесс фотосинтеза.

Исследовательница рассказала, что их целью было понять, как передача энергии происходит на молекулярном уровне у фитопланктона в природных условиях. Результаты показали, что при недостатке железа до четверти светособирающих белков фитопланктона "отключаются" от центров выработки энергии, что снижает эффективность преобразования энергии.

Однако при добавлении железа эти организмы восстанавливают свои системы, повышая продуктивность и потенциал роста. Она также отметила, что использование флуоресцентных измерений непосредственно в море позволило продемонстрировать, как дефицит железа увеличивает энергозатраты на флуоресценцию, не требуя транспортировки образцов в лабораторию для молекулярного анализа.

Понимание влияния железа на фотосинтез на молекулярном уровне может помочь в прогнозировании будущей продуктивности океанов и глобальных углеродных циклов. Исследователи считают, что эти данные имеют важное значение для оценки последствий изменения климата и разработки стратегий сохранения морских экосистем.

C4-фотосинтез или цикл Хэтча — Слэка, — путь связывания углерода, характерный для высших растений, первым продуктом которого является четырёхуглеродная щавелевоуксусная кислота, а не трёхуглеродная 3-фосфоглицериновая кислота, как у большинства растений с обычным C3-фотосинтезом.

Правда.Ру