Температура морской воды выше 28 градусов Цельсия угнетает цианобактерий из рода Prochlorococcus — одних из главных фотосинтетиков мирового океана.
После достижения этой отметки скорость деления их клеток резко падает почти втрое, и хотя численность других цианобактерий — из рода Synechococcus — на этом фоне возрастает, к концу века это все равно может привести к заметному падению образования органического вещества и кислорода в океане. Prochlorococcus незаменимы из-за своих низких требований к наличию питательных веществ в воде. Такие выводы содержит статья, опубликованная в журнале Nature Microbiology.
Изменение климата удобно оценивать через рост глобальной средней температуры воздуха, который составляет сейчас порядка 1,6 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальным периодом, а ближе к концу века может достичь и трех градусов. Однако изменение климата не сводится к одному только потеплению воздуха, а проявляется также и в нагреве мирового океана. Водная среда обитания достаточно стабильна, поэтому живущие в ней организмы стенобионтны, то есть плохо адаптированы к любым заметным изменениям, в том числе к потеплению, тем более что оно сопровождается подкислением воды и падением уровня растворенного кислорода.
Потепление океана уже отразилось на коралловых рифах, которые страдают от обесцвечивания и белой чумы, но может ударить и по другим организмам и экосистемам. В частности, существуют прогнозы роста численности фитопланктона, у которого в теплой воде увеличивается скорость обмена веществ и продуктивность, и параллельного угнетения других организмов, особенно живущих в более глубоких слоях воды. Из-за вспышек численности фитопланктона они могут испытывать нехватку элементов питания, оседающих с поверхности, дефицит кислорода и отравляться токсинами.
Ученые под руководством Франсуа Рибале (François Ribalet) из Вашингтонского университета исследовали как потепление океана отражается на фотосинтезирующих цианобактериях Prochlorococcus. Это род, который представлен единственным видом — Prochlorococcus marinus. В бедных питательными веществами поверхностных водах тропических и субтропических на эти бактерии приходится практически половина всей биомассы фитопланктона, а во всем океане — до трети производства кислорода. Авторы собирали данные о фотосинтетической активности 800 миллиардов клеток Prochlorococcus с помощью проточного цитометра SeaFlow на 90 исследовательских рейсах в Тихом океане с 2010 по 2013 годы.
Проточный цитометр — прибор, который непрерывно отбирает морскую воду на глубине от трех до восьми метров, фильтрует ее, формирует тонкую струю шириной в одну клетку и затем направляет через нее лазерные лучи. Это позволяет измерить размеры клеток фитопланктона и активность фотосинтетических пигментов — хлорофилла а (красная флуоресценция) и фикоэритрина (оранжевая флуоресценция). В анализ попадают клетки диаметром менее пяти микрометров, к которым относятся только цианобактерии родов Prochlorococcus и Synechococcus. Prochlorococcus можно отделить, потому что в их клетках нет фикоэритрина. Данные о температурах морской воды были получены с корабельных термосалинографов.
Оказалось, что повышение температуры морской воды улучшает условия для Prochlorococcus лишь до отметки 19 градусов Цельсия — в таком случае оно сопровождается ростом скорости деления клеток цианобактерий. При температурах от 19 до 28 градусов Цельсия скорость деления несколько возрастает, но численность остается стабильной, что свидетельствует о пропорциональном росте смертности. После прохождения порога в 28 градусов скорость деления падает почти в три раза. При этом численность Synechococcus росла, при аналогичном потеплении не снижалась.
Прогностические расчеты показали, что в зависимости от сценария потепления общая продукция (то есть вклад в производство как органического вещества, так и кислорода) Prochlorococcus в мировом океане к 2090-2100 годам может снизиться на 10-37 процентов. В тропиках снижение составит 17-51 процент, а в теплой области на западе Тихого океана популяции этих цианобактерий может ожидать коллапс. Несмотря на то что численность и продукция Synechococcus при этом вырастут на 5-20 процентов, они не смогут заменить Prochlorococcus, поскольку занимают разные экологические ниши. Prochlorococcus приспособлены не просто к теплой, но и бедной питательными веществами воде, а Synechococcus в олиготрофных условиях испытывают угнетение. Авторы отметили, что Prochlorococcus оказались неожиданно уязвимыми к потеплению, и резкое снижение их численности будет иметь серьезные последствия для пищевых цепей и морских экосистем.
Не все морские обитатели начнут испытывать проблемы из-за потепления к концу века, некоторых из них уже сейчас приходится буквально эвакуировать из привычных мест обитания, чтобы они не погибли. Летом 2023 тасманские ихтиологи вручную переместили четверть популяции красных брахионихтов — рыб с рукоподобными плавниками — на содержание в неволе, чтобы переждать волну жары и не допустить полной гибели популяции.