Спробуй копнути глибше, або Скільки кисню в океанічних опадах? • Олена Наймарк • Новини науки на "Елементи" • Мікробіологія, Геологія

Спробуй копнути глибше, або Скільки кисню в океанічних опадах?

Американське дослідницьке судно Knorr, назване по імені відомого океанографа Ернеста Кнорра. У 2006 році його обладнали спеціальним буром, який може піднімати з дна стовп керна до 46 м заввишки. Це найпотужніший в США гідрографічний донний бур. За допомогою цього бура і було проведено дослідження, результати якого опублікували в Science. Зображення з сайту www.whoi.edu

Експедиційні роботи в районі субтропічного пояса Тихого океану принесли несподіваний результат. Всупереч відомим фактам і моделям, стометрова товща опадів на дні океану в районі Північного Тихоокеанського течії містить кисень. Це дивно, тому що зазвичай кисень в опадах зникає на глибині декількох десятків сантиметрів. Вчені побудували несуперечливу модель витрачання кисню і з'ясували, що розгадка полягає в вкрай повільній швидкості накопичення опадів – близько 1 мм в тисячу років. Живі мікроорганізми, виявлені в товщі опадів, повинні бути аеробними. Згідно з розрахунковими показниками обсягу споживаного ними кисню, швидкість їх метаболізму дуже низький, а їх життєвий цикл рекордно довгий.

Скільки кисню в товщі океанічних опадів? Начебто просте питання – звичайно, дуже мало. Візьми, проколупнути ямку – і відразу побачиш (і учуешь) сірководневий темний шар. На окислення органіки, яка з усією очевидністю існує в опадах, і морських, і поверхневих, витрачається весь кисень; за відсутності кисню верх беруть анаеробні жителі планети, і вони, як їм зручно, трансформують органіку з виділенням відновленої сірки. В результаті в підповерхневих шарах опадів виділяється сірководень і відкладаються чорні сульфіди металів. Тому добре відомо, що нижче 2-10 см кисню в осаді просто немає – там царство анаеробів. Концентрація кисню лімітує присутність аеробного життя і багатоклітинних організмів в глибоких шарах осаду. Все це – азбучні істини донної життя.

Однак часом виявляються несподівані речі, коли починають перевіряти ці самі азбучні істини. Так і вийшло, коли фахівці, що представляють датський Орхуський університет і американський Університет Род-Айленда, вирушили в експедицію по Тихому океану збирати дані про глибокі донних відкладах. Вчені за допомогою микрозонда вимірювали вміст кисню в кернових пробах донних опадів.Як прийнято в екологічній практиці, ці проби зіставлялися з розподілом продуктивності вод в районах збору даних.

На цьому малюнку зосереджена маса інформації: 1) маршрут експедиції по Тихому океану і точки збору проб (різнокольорові для зручності), 2) вміст кисню в опадах в різних донних пробах (колір точок відповідає кольором графіків), 3) розподіл первинної продукції за широтою та довготою в районах збору проб. Зображення з обговорюваної статті в Science

Дані про первинної продуктивності були взяті з супутникових зйомок кольоровості океанічної поверхні (див. Ocean Color Image Gallery.

Кольоровість океанічної поверхні добре відбиває розмаїття і активність фітопланктону; давно розроблені алгоритми перерахунку оптичних показників в показники продуктивності. Цими методами і скористалися вчені для своїх цілей.

Екваторіальні проби показали нормальний розподіл кисню в опадах – на глибині 6-9 см кисню вже немає зовсім. Але в районі Північного Тихоокеанського течії дослідники отримали несподівані результати. Виявилося, що в цих районах – точки 11 і 10 на графіку – в опадах є кисень навіть на глибині 30 м і нижче.Теоретично ці показники можна було б пояснити зниженням продуктивності: низька продуктивність вимагає менших витрат кисню на окислення органіки. Виходить, що кисень міг би залишитися на глибині, що не розтратитися повністю. Але ні – в аналогічних за продуктивністю районах Атлантики вміст кисню в опадах більш-менш звичайне – кисень закінчується на глибині 20-50 см. Так що однією лише зниженою продуктивністю не пояснює отримані цифри. Вчені припустили, що справа тут в швидкості накопичення опадів: в районах Північного Тихоокеанського течії вона виключно мала. Тоді вийде, що вся органіка споживається (окислюється) поверхневими мікроорганізмами, а тим, що існують в глибині, органічної їжі залишається незначна кількість. В цьому випадку глибинним мешканцям нема на що витрачатиме кисень.

Дійсно, побудувавши просту модель співвідношення кисню-вуглецю з урахуванням проникності конкретних донних опадів і знайшовши її чисельні параметри за даними з районів 11 і 10, можна підрахувати швидкість накопичення опадів. Вийшло близько 1-5 мм за тисячу років. У точці 11 цей показник ще нижчий – 0,2 мм в тисячу років.І справді, за тисячу років цілком можна вжити практично всю органіку, яка полягає в 1 мм опадів. Розрахунки показали, що при таких темпах накопичення опадів 90% всієї органіки споживається в верхніх 6 см осаду. У районі Північного Тихоокеанського течії глибина опадів становить 88-100 м, і кисень проникає в них до самої материнської породи. Вік нижніх шарів опадів становить близько 80-100 млн років.

Крива вмісту кисню в осаді в перерахунку на об'ємні одиниці на рік. Вміст кисню знаходиться в рівновазі, тому розрахункові показники відповідають максимальної швидкості утилізації кисню на конкретній глибині. гуртки – це споживання кисню в перерахунку на одну клітку в день за даними кожної проби. за вертикальної осі глибина в метрах. Зображення з обговорюваної статті в Science

Отже, в глибокому шарі опадів є вражаюча кількість кисню. Це означає, що там існує аеробне життя (якщо життя там взагалі є). Для анаеробного метаболізму кисню в цих опадах занадто багато. Підрахували число клітин в пробах керна: у поверхневих шарах виявилося близько 108 клітин на кубічний сантиметр, а на глибині 20 м – 103 клітин на кубічний сантиметр (підраховували методом флуоресцентної мікроскопії). Використовуючи розрахункові показники утилізації кисню в обсягах осаду, отримаємо максимальні швидкості споживання кисню мікроорганізмами. Вони виходять прямо-таки зникаюче малими – порядку 10-19-10-18 благаючи Про2 на клітку в день (одна тисячна фемтомоля). Жахливо. І в той же час захоплююче цікаво: якісь клітини можуть жити при такій низькій швидкості метаболізму. Це дуже повільні клітини, просто рекордсмени за довготерпіння. Подібна клітина зі своїм надповільним метаболізмом повинна жити дуже довго, так довго, як дерево, або ще довше. Ми звикли до мікроорганізмів, у яких за один день змінюється два-три покоління, а тут, навпаки, один мікроб переживе кілька поколінь дослідників. Це якісь істоти з невідомими науці властивостями.

Потрібно, однак, зауважити, що здогадки про сверхмедленном метаболізмі і існування бактерій-довгожителів побудовані на розрахунках, які в свою чергу базуються на логічно прийнятних моделях. Тут все – і самі моделі, і їх параметризація – можуть виявитися помилковими.Як завжди в подібних випадках, тут слід почекати повторних досліджень і широкої наукової дискусії. Якщо ж результати розрахунків підтвердяться, а мікробіологи знайдуть спосіб спостерігати життя цих дивовижних довгожителів (а це методично дуже непросте завдання), то ми маємо справу з абсолютно новою екосистемою: екосистемою глибинних надр. Нагадаю, що на "Елементи" уже публікувалося повідомлення про подібний мікроби-довгожителя з затяжним життєвим циклом (див .: У надрах землі знайдений мікроб, що живе сам по собі, "Елементи", 13.10.2008). Але в тому випадку йшлося все ж про анаеробної життя в глибинних біосфери, а не про аеробного. Можливо, у анаеробного довгожителя знайшлися близнюки, які живуть в кисневих умовах.

джерело: Hans Røy, Jens Kallmeyer, Rishi Ram Adhikari, Robert Pockalny, Bo Barker Jørgensen, Steven D'Hondt. Aerobic Microbial Respiration in 86-Million-Year-Old Deep-Sea Red Clay // Science. 2012. V. 336. P. 922-925.

Олена Наймарк


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: