Ученые из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти при Колумбийском университете и их коллеги первыми задокументировали быстрый рост зеленой Noctiluca scintillans, необычной динофлагелляты, которая поедает другой планктон и получает энергию от Солнца через микроскопические водоросли, живущие в его клетках. Густые цветы Noctiluca окрашивают Аравийское море в изумрудно-зеленый цвет каждую зиму, от берегов Омана на западе до Индии и Пакистана на востоке.В исследовании, опубликованном на этой неделе в Nature Communications, исследователи показывают, как миллионы зеленых водорослей, обитающих в клетках Noctiluca, позволяют ей использовать мертвую зону размером с Техас, где не хватает кислорода. Они предполагают, что поток богатых питательными веществами сточных вод из быстро растущих городов Аравийского моря расширяет мертвую зону и способствует росту Noctiluca.
«Это массовое цветение, которое появляется из года в год и может быть разрушительным для экосистемы Аравийского моря в долгосрочной перспективе», — сказала ведущий автор исследования Хельга ду Розарио Гомес, биогеохимик из Ламонт-Доэрти.До недавнего времени фотосинтезирующие диатомовые водоросли поддерживали пищевую цепочку Аравийского моря.
Зоопланктон питался диатомовыми водорослями, одним из видов водорослей, которые, в свою очередь, поедались рыбами. В начале 2000-х все изменилось. Исследователи начали замечать обширное цветение Noctiluca и резкое падение диатомовых водорослей и растворенного кислорода в толще воды.
В течение десятилетия Noctiluca фактически заменила диатомовые водоросли в основе пищевой цепи, положив начало колоссальному сдвигу в экосистеме.Зеленая Noctiluca обитает в тропиках, в то время как ее близкий родственник, красный Noctiluca scintillans, цветение которого иногда может убить рыбу из-за высокого содержания аммиака, предпочитает умеренные воды. Зеленая ноктилука удивительно готова есть все, что угодно. Он питается другим планктоном, живым или мертвым, смывая диатомеи и другой планктон в свой глоток, взмахнув жгутиком.
Он также черпает энергию из миллионов зеленых водорослей, или «эндосимбионтов», живущих в его прозрачных клеточных стенках. Водоросли удерживают углерод от солнечного света и передают энергию своему хозяину, подобно ренте.Разнообразное питание дает Noctiluca преимущество. «Они могут плавать вниз, чтобы найти питательные вещества, вверх, чтобы найти свет, и они могут есть другие мелкие организмы», — сказала Шэрон Смит, эколог по планктону из Университета Майами, которая работает в Аравийском море, но не принимала участия в исследовании.
Чтобы понять ключ к успеху Noctiluca, исследователи провели три зимы подряд на борту индийского исследовательского корабля Sagar Sampada, начиная с 2009 года. Отплыв у побережья Гоа, они собирали образцы цветов и проводили эксперименты. Помещение Noctiluca и ее диатомовых конкурентов в воду с недостатком кислорода они обнаружили, что уровень фиксации углерода у Noctiluca вырос на 300 процентов, а у диатомовых — почти на столько же.
Они также обнаружили, что Noctiluca росла быстрее на свету, чем в темноте, благодаря своим солнечно-любящим эндосимбионтам водорослям, которые, как полагают, эволюционировали 1,3 миллиарда лет назад на Земле с дефицитом кислорода.Исследователи попытались также идентифицировать хищников Ноктилуки. Они слышали сообщения о том, что оманские рыбаки видели больше желатиновых сальп, медуз и морских черепах.
Могут ли они есть Noctiluca? Зачерпнув несколько сальп из моря, исследователи бросили их в ведра с морской водой, густой с цветами Noctiluca. Через час вода стала заметно прозрачнее. Измеряя падение содержания хлорофилла, исследователи подсчитали, что одна сальпа может отполировать около двух третей ведра Noctiluca за час.
«Они ели Noctiluca, как кролики в салате, — сказал Гомес. «Это существо, которое немногие другие морские животные хотят есть».Noctiluca слишком велика для ракообразных, которые обычно питаются диатомовыми водорослями, что вызывает опасения, что она может породить альтернативную пищевую цепочку, в которой отсутствуют хищные рыбы, которые люди любят есть. Многие рыбные промыслы в Аравийском море уже медленно сокращаются.
Согласно исследованию 2014 года, опубликованному в журнале Oryx, восемьдесят пять процентов рыбаков, опрошенных в зависимых от рыболовства штатах Тамил Наду и Махараштра в Индии, сообщили о меньшем вылове за 20 и 12 лет до этого. Аналогичным образом, согласно исследованию, проведенному в Current Science в 2013 году, рост численности фугу у побережья индийского штата Керала был связан с падением численности хищных рыб-кобий с 2007 года. Как сообщает Times of Oman, в Омане вылов крупной рыбы в 2013 году упал на 18 процентов по сравнению с годом ранее.
Виноваты ли Noctiluca или чрезмерный вылов рыбы, выделяется один важный фактор: массивные сточные воды попадают в Аравийское море из-за взрыва прибрежного населения. Как отмечают авторы исследования, за последнее десятилетие население Мумбаи удвоилось и составило 21 миллион.
В настоящее время регион ежедневно отправляет в Аравийское море 63 тонны азота и 11 тонн фосфора. 15 миллионов человек в Карачи сбрасывают 70 процентов своих сточных вод в море без очистки. Большая часть удобрений, используемых для повышения урожайности на фермах в Южной Азии, в конечном итоге смывается в реки, которые впадают в море.«Все эти города растут так быстро, что у них нет возможности очищать сточные воды», — сказал соавтор исследования Хоаким Гоес, биогеохимик из Lamont-Doherty. «Количество выгружаемого материала огромно».
От Мексиканского залива до Чесапикского залива во всем мире увеличивается количество мертвых зон и деградированных рыбных ресурсов. По данным исследования, проведенного в Science в 2008 году, они увеличиваются вдвое каждое десятилетие и теперь покрывают более 95 000 квадратных миль.
Смещение океанских течений из-за изменения климата может усугубить проблему из-за выкапывания питательных веществ со дна океана.В Аравийском море более сильные летние муссонные ветры ускорили рост водорослей, доставив больше питательных веществ из глубин океана на поверхность. В исследовании 2005 года, проведенном в Science, Гоес, Гомес и его коллеги показали, что биомасса летнего цветения у берегов Сомали, Йемена и Омана подскочила почти на 350 процентов в период с 1997 по 2004 год. на субконтиненте летом жарче по сравнению с Аравийским морем, что усиливает ветры, дующие в сторону Индии, принося больше питательных веществ из Сомали, Йемена и Омана.Исследователи ожидали, что зимой будут более мягкие муссонные ветры, поскольку процесс обратится, что приведет к меньшему количеству цветущих водорослей.
Но спутниковые карты НАСА показали прямо противоположное: больше зимних цветов. После нескольких лет отбора проб, которые, по их мнению, были спорадическим цветением Noctiluca, в 2006 году исследователи поняли, что наблюдаемые из космоса цветы были не диатомовыми, а повторяющимся цветением Noctiluca.Они задавались вопросом, может ли падение уровня кислорода объяснить переход от диатомовых водорослей к Noctiluca. Конечно, эксперименты на борту «Сагар Сампада», казалось, подтвердили их гипотезу.
По словам Эндрю Юла, микробиолога из Lamont-Doherty, не принимавшего участия в исследовании, исследование приписало большую часть роста Noctiluca растущим стокам сточных вод в Аравийское море, и эта интригующая связь требует дальнейшего изучения. «Для Noctiluca необычно цвести в открытом море и возвращаться из года в год», — сказал он. «Все эти наблюдения предполагают, что в Аравийском море произошли кардинальные изменения».
