Вчені виявили приховану силу, що стоїть за швидшим таненням льоду

Недавнє дослідження виявило, що водорості можуть зберігати поживні речовини, потенційно дозволяючи їм поширюватися більшою частиною крижаного покриву, прискорюючи його потемніння та танення. Це травень. Сонце зійшло, і тепло цієї далекої зірки нарешті можна відчути як тепле, поколююче відчуття на шкірі. Сніг починає танути. Квіти та рослини пробиваються крізь лід, прагнучи світла. Тим часом водорості, що живуть на крижаному покриві, розквітають, затемнюючи поверхню.

Так було тисячі років.

Але незабаром це може змінитися. Щороку весна настає раніше через зміну клімату, що потенційно дозволяє водоростям колонізувати все більші ділянки льоду. Ці водорості містять коричневі пігменти, які затемнюють лід, зменшуючи його здатність відбивати сонячне світло. В результаті лід тане швидше. Це вже давно відомо полярникам. Але вважалося, що водорості мають обмежені можливості колонізації льоду через брак поживних речовин у цій крижаній пустелі.

Дотепер.

Нові результати, опубліковані в Nature Communications, показують, що водорості здатні жити за рахунок дуже мало поживних речовин. І що вони здатні накопичувати та заощаджувати енергію. Це дає їм змогу колонізувати набагато більшу частину крижаного покриву, ніж вважалося раніше.

Лаура Гальбах, яка нещодавно отримала ступінь доктора філософії. ступінь на кафедрі екологічних наук Орхуського університету разом зі своєю дослідницькою групою стоїть за відкриттям. Зараз постдоктор Інституту Макса Планка в Бремені, вона продовжує розгадувати таємниці арктичних екосистем.

«Моєю головною метою під час поїздки до Гренландії було зрозуміти механізми утворення цвітіння водоростей. За допомогою нових методів я зміг, як перший дослідник, виміряти активність окремих клітин водоростей із льодовикового щита Гренландії. Це призвело до виявлення їхньої здатності жити за рахунок дуже малої кількості поживних речовин і накопичувати енергію», — каже вона.

Життя крижаної водорості

Крижані водорості — дрібні одноклітинні організми. Подовжені, коричневі, еліпсоподібні. Вони процвітають на льодових поверхнях по всьому світу. Їх знайшли на льодовиковому щиті Гренландії, в Альпах, а також на льодовиках Гімалаїв і Аляски. Як і рослини, крижані водорості виділяють кисень шляхом фотосинтезу та виробляють органічні молекули. Щоб вижити, йому потрібні сонячне світло, вода та CO2, а також невелика кількість фосфору, азоту та вуглецю. Навесні та влітку крижані водорості цвітуть, утворюючи великі плями потемнілого льоду.

Крижаний покрив кишить життям

Не так багато років тому крижаний щит Гренландії вважався замерзлою пустелею. Спустошений і майже позбавлений життя. Але після того, як у 2020 році прибули перші дослідники з Орхуського університету та Центру наук про Землю імені Гельмгольца в Німеччині, ситуація поступово змінилася. Тепер ми знаємо, що лід кишить мікробним життям.

Експедиція за експедицією відкриває все більше таємниць життя крижаних водоростей. Одним із головних досягнень стало відкриття того, що водорості не самотні. На льоду живе ціла екосистема мікроорганізмів: бактерії, грибки і навіть віруси. Але це ускладнювало проведення конкретних досліджень водоростей. Коли дослідники зішкрібають зразки почорнілого льоду, чашки Петрі заповнюються цілими екосистемами. До цього часу дослідники могли лише маніпулювати та перевіряти гіпотези на всіх мікроорганізмах одночасно. І це те, що Лаура Гальбах збиралася змінити.

«Якщо ви розтопите шматок поверхневого льоду, ви побачите ці темно-пігментовані водорості. Але в зразку багато організмів, а також снігові водорості, інші еукаріотичні водорості, бактерії та гриби». «Що зазвичай роблять, так це інкубувати всю спільноту. Ви даєте їм поживну речовину та вимірюєте поглинання в усій спільноті. Але тоді залишається незрозумілим, яку роль відіграють різні організми».

Збільшення окремих клітинок

Оскільки Лаура Гальбах була зацікавлена ​​в розумінні ролі льодових водоростей в екосистемі на льоду, вона не могла просто ізолювати їх. Замість цього вона годувала всю екосистему позначеними поживними речовинами. Незначні ізотопні сліди, які може розпізнати машина, яка називається мас-спектрометром.

«Можна сказати, що ми як би позначили їжу, яку їм давали. Це дозволило нам побачити, хто що їв. У поєднанні з апаратом під назвою SIMS, який є надзвичайно точним, ми змогли виміряти поглинання поживних речовин окремими клітинами», — пояснює Лаура Гальбах.

Дані, отримані з машини, показали, що водорості ефективно споживали невелику кількість доступних поживних речовин – і що вони також мали деяку кількість запасів. Щось, що було абсолютно невідомо дослідникам.

«Вони дуже ефективно поглинають обмежені поживні речовини на льоду. Крім того, ми виявили, що вони мають здатність зберігати фосфор, який має вирішальне значення для їх метаболізму».

Фосфор дуже обмежений на льоду. Деякі дослідження показують, що він походить із місцевих порід, що містять мінерали з вмістом фосфору. Коли ерозія перетворює каміння на мінеральний пил, він розсіюється по льоду і стає доступним для водоростей.

Зміна гри в розумінні крижаних водоростей

Оскільки крижані водорості здатні зберігати фосфор, вони потенційно можуть колонізувати ділянки льоду з дуже обмеженою кількістю цих поживних речовин. Таким чином, потемніння льоду може поширитися на більші території, ніж вважалося раніше.

«Щороку на Гренландії з’являється новий лід, тому що сніг тане все раніше. Раніше цілий рік лежав товстий сніговий покрив, але тепер великі нові ділянки льоду відкриті для сонця». «Це відкриває ці області для колонізації водоростями, і оскільки вони можуть жити на дуже обмеженій кількості поживних речовин, це може статися раніше, ніж пізніше».

Відкриття Лаури Гальбах є не тільки захоплюючими, але й важливими, оскільки знання про потреби водоростей у поживних речовинах може допомогти нам краще передбачити їхню майбутню роль у таненні Гренландського льодового щита. Сьогодні мікроби ще не інтегровані в більшість кліматичних моделей Землі. Сподіваємось, ці нові відкриття будуть включені в кліматичні моделі, що зробить їх більш точними для прогнозування танення льоду в найближчі роки та того, як це вплине на глобальний клімат.