Подобные сдвиги могут оказать серьезное влияние на морские экосистемы во всем мире, говорит биолог из ВОЗ Хейди Сосик, инициировавшая исследование. "Синехококк и другой фитопланктон — дозорные. Они могут сказать нам, как экосистема реагирует на изменения климата », — говорит она. «Если температура океана продолжит повышаться в течение следующего столетия, в некоторых экосистемах может все больше и больше доминировать мелкий фитопланктон, что в конечном итоге приведет к сдвигам, которые могут повлиять на средства к существованию более крупных видов, таких как рыбы, киты и птицы."
Однако переход к более мелкому фитопланктону нельзя назвать очевидным. Хотя Сосик и ее коллеги увидели, что клетки Synechococcus воспроизводятся быстрее, чем обычно, по мере того, как условия становятся более теплыми, общий размер цветения фитопланктона не сильно увеличился в ходе исследования.
Команда обнаружила, что по мере того, как бактерии росли быстрее, они также быстрее потреблялись крошечными простейшими, вирусами и другими одноклеточными организмами, которые охотятся на Synechococcus. В результате общие уровни бактерий оставались примерно одинаковыми из года в год, хотя время цветения сдвигалось раньше или позже по мере изменения температуры воды.
«Это было сюрпризом для нас», — говорит Сосик. "Мы не ожидали такого тесного взаимодействия между Synechococcus и потребителями, поскольку весеннее цветение изменилось. Это показывает, что потребители могут не отставать.«В результате, — говорит она, — этот баланс приводит к схожему циклу цветения год за годом, только со сдвигом во времени.
"Вопрос в том, насколько стабилен этот баланс?,«» — добавляет Кристен Хантер-Севера, ведущий автор статьи и выпускник совместной программы MIT-WHOI по океанографии. "Смогут ли потребители в будущем не отставать от? Несоответствие — огромная проблема. Если цветение расширится или сдвинется раньше в году, организмы более высокого уровня, которые рассчитывают питаться этими потребителями в определенное время года, могут полностью их пропустить."
Команда WHOI смогла определить скорость деления Synechococcus с помощью математической модели и данных с автоматизированного датчика, разработанного Сосик и ее коллегой по WHOI Робом Олсоном под названием «FlowCytobot», который непрерывно отбирал пробы морской воды в течение 13 лет.
Устройство специально ищет физические характеристики клеток Synechococcus, которые составляют примерно один микрометр в диаметре и содержат соединения, которые светятся оранжевым и красным под лазерным светом. Подсчет клеток с помощью этого метода позволил исследователям сосредоточить внимание только на одном виде фитопланктона среди тысяч в морской воде — впервые в долгосрочном эксперименте подобного рода это удалось.
«Взгляд на физиологию на уровне видов — своего рода Святой Грааль в морской экологии», — говорит Сосик. "Каждый вид взаимодействует с окружающей средой по-своему, поэтому, чтобы понять влияние чего-то вроде температуры, очень важно иметь возможность взглянуть на один-единственный вид. Делая это каждый час, каждый день, каждый год, мы получали изображение с очень высоким разрешением.
Там нет ничего подобного."
Сосик отмечает, что более ранние эксперименты отслеживали фитопланктон в течение длительного периода времени с использованием спутниковых изображений, но такого рода дистанционное зондирование может дать исследователям только полную картину всех видов фитопланктона и не может выявить, что происходит с конкретным типом организмов. Даже существующий «золотой стандарт» для анализа одного вида фитопланктона — определение его вручную в пробах морской воды — имеет свои ограничения.
Хотя этот метод позволяет очень точно взглянуть на конкретный вид, говорит Сосик, полагаясь на полевые образцы, можно получить только «снимок» одного конкретного момента в океане.
Flow Cytobot, однако, предлагает лучшее из обоих миров: он достаточно чувствителен, чтобы измерять изменения у одного вида, и может делать это круглосуточно, позволяя исследователям видеть мельчайшие изменения в популяции фитопланктона в течение длительных периодов времени. «Теперь, когда у нас есть соответствующая технология для изучения популяций фитопланктона во временных масштабах от часов до недель, мы получаем гораздо лучшее понимание того, что контролирует продуктивность прибрежных океанических экосистем», — говорит Дэвид Гаррисон, директор отдела биологической океанографии Национального научного фонда. программа, которая обеспечила финансирование исследования.
Тот факт, что Flow Cytobot мог измерять Synechococcus так долго — и с такими регулярными интервалами — стал возможен благодаря его установке в прибрежной обсерватории Martha’s Vineyard Coastal Observatory (MVCO), платформе инструментов, размещенной недалеко от побережья острова Массачусетс. Кабели, передающие питание и данные, проходят между MVCO и небольшой лабораторией на берегу, позволяя датчикам на платформе оставаться под водой круглосуточно и отправлять обновления в режиме реального времени при проведении любых измерений.
Хотя MVCO — это небольшая обсерватория, отмечает Сосик, в настоящее время строятся гораздо более крупные океанские обсерватории у тихоокеанского и атлантического побережья США, а также в других местах по всему миру.
Эти новые сети могут позволить проводить аналогичные исследования в будущем, предлагая подробный взгляд на экосистемы океана по всему миру. «Глядя на такую шкалу времени в таком разрешении, было бы невозможно без океанских обсерваторий», — говорит Сосик. "Я надеюсь, что мы сможем вложить средства в такой сэмплер и технологию обнаружения, которая также сможет в полной мере использовать преимущества этих новых платформ. Это действительно гораздо более сложный способ измерения экосистем, чем наши существующие методы."