Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и Бристольского университета в Соединенном Королевстве обнаружили, что эти микроскопические миксотрофные организмы могут иметь большое влияние на пищевую сеть океана и глобальный углеродный цикл.Ученые разработали миксотрофную модель глобальной пищевой сети океана в масштабе морского планктона, в которой они дали каждому классу планктона способность как фотосинтезировать, так и потреблять добычу.
Они обнаружили, что по сравнению с традиционными моделями, которые не принимают во внимание миксотрофы, их модель производит более крупный и тяжелый планктон по всему океану. Исследователи обнаружили, что по мере того как эти более существенные микробы умирают, они увеличивают поток тонущих частиц органического углерода на целых 35 процентов.Результаты, как говорит Мик Фоллс, доцент кафедры Земли, атмосферы и планет Массачусетского технологического института, позволяют предположить, что миксотрофные организмы могут сделать океан более эффективным в хранении углерода, что, в свою очередь, повышает эффективность поглощения углекислого газа океанами.
«Если бы [миксотрофов] не было в океанах, мы предполагаем, что содержание углекислого газа в атмосфере могло бы быть выше, потому что образовалось бы меньше крупных, богатых углеродом частиц, которые эффективно переносят углерод на глубину», — говорит Фоллоус. «Это гипотеза, но до сих пор она игнорировалась в моделях углеродного цикла, и мы предлагаем ее представить, потому что она потенциально очень важна».Follows и его коллега Бен Уорд, бывший постдок MIT, ныне работающий в Бристольском университете, опубликовали свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Часть уравнения
Современные океанические модели обычно используют подход «или / или», группируя планктон либо как фотосинтезаторы, либо как потребители добычи. Этот подход, по словам Фоллоуса, упрощает процессы, происходящие в океане, которые в конечном итоге могут способствовать перемещению углерода через океаны и атмосферу. Он говорит, что миксотрофов часто не замечают, потому что наш земной опыт заставляет их казаться редкими.«Для нас, живущих на суше, мы склонны думать о миксотрофах, таких как венерианские ловушки для мух, как об экзотике — они вызывают у нас любопытство», — говорит Фоллоус. «Наша традиционная точка зрения смещена в сторону суши, где организмы довольно строго попадают в ту или иную категорию.
Но в океанах, чем больше люди смотрят на планктон, тем чаще встречается миксотрофия».Проблема в том, что очень мало данных для работы в моделях, поскольку очень сложно наблюдать трофические стратегии в микроскопическом масштабе планктона.
Таким образом, модели в значительной степени исключили миксотрофы из уравнения и вместо этого обратились к другим морским процессам, чтобы попытаться объяснить, сколько углерода хранится в океанах.«Это как если бы у нас есть модель прогноза погоды, которая правильно показывает дождь в Бостоне сегодня, но по неправильным причинам», — говорит Фоллоус. «Если мы будем использовать его завтра, мы не должны ожидать, что он будет работать хорошо, потому что он был подготовлен для сегодняшнего дня. Мы хотим, чтобы наша климатическая модель отражала происходящие процессы, чтобы предсказывать, как хранение углерода реагирует на глобальные изменения ".Создание (миксотрофного) образа жизни
В качестве первого шага Follows и Ward решили смоделировать виртуальный мир, в котором каждый класс планктона потенциально миксотрофен.«Это очень идеализированный черно-белый случай: какое максимальное воздействие могут оказать миксотрофы?» Следует говорит.В океанах планктон может иметь размер от менее 1 микрона до примерно 1 миллиметра в диаметре.
Типичные модели океана, которые включают планктон, часто группируют их в 10 общих классов размеров, каждый из которых попадает в структуру «двух гильдий», как фотосинтезаторы или потребители добычи.Вместо этого Follows и Ward сделали весь планктон миксотрофным. Организмы в модели могут фотосинтезировать, потребляя неорганические питательные вещества. (Самые маленькие организмы наиболее эффективны в получении этих ресурсов.) Они также могут есть другой планктон и вынуждены потреблять добычу в классах размеров, примерно в десять раз меньших, чем они сами.
«После того, как мы внедрили эти правила для системы, будет ли каждый размерный класс жить в основном за счет фотосинтеза или в значительной степени за счет хищничества, зависит от доступности каждого типа ресурсов и их относительной способности собирать их в каждой среде», — говорит Фоллоус.После запуска модели исследователи сравнили результаты с результатами традиционной модели без миксотрофов. Они обнаружили, что обе модели демонстрируют общую структуру питания во всей пищевой сети планктона: самые мелкие организмы были слишком малы, чтобы проглотить добычу, в то время как самый крупный планктон был слабыми конкурентами, живя за счет фотосинтеза.
Однако там, где традиционная модель делала строгое разделение между фотосинтезирующими и не фотосинтезирующими, миксотрофная модель размыла эти границы: некоторые более мелкие организмы потребляли добычу, а некоторые более крупные были способны фотосинтезировать. В результате миксотрофные организмы в каждом классе увеличили средний размер этого организма, создавая более крупный и тяжелый планктон по всему океану. Эти более существенные организмы по сравнению с более мелким и легким планктоном были более способны опускаться на дно океана в виде углеродсодержащего детрита.«По сути, это означает, что в мире с миксотрофами с помощью множества средств больше органического углерода погружается в глубокий океан, чем в мире без миксотрофов», — говорит Фоллоус.
Оценка группы количества поглощаемого миксотрофами углерода, похоже, согласуется с недавними наблюдениями за потоком углерода миксотрофным планктоном в Северной Атлантике. Фолловс говорит, что, имея больше данных об этих условно-патогенных организмах, он надеется улучшить модель, чтобы точно отразить миксотрофные популяции и их влияние на углеродный цикл планеты.«Отчасти мы надеемся на то, что работа — дать толчок парусам этих наблюдательных исследований.
Мы думаем, что они очень ценны», — говорит Фоллоус. «Возможно, большая часть выпаса скота осуществляется миксотрофами, поэтому это потенциально очень важно с точки зрения потока углерода в океане, и его следует оценивать количественно».
