Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
А. Панчин
«Сумма биотехнологии». Глава из книги


И. Левонтина
«О чем речь». Главы из книги


Ч. Уилан
«Голая статистика». Главы из книги


Интервью М. Гельфанда с С. Шлосманом
«Замечательная статья» значит только то, что она содержит замечательный результат


П. Лекутер, Д. Берресон
«Пуговицы Наполеона». Глава из книги


Д. Вибе
Телескопы с жидкими линзами: как это работает


А. Паевский
Ближайший космос. Быстрее. Лучше. Дешевле


Р. Фишман
Прионы: смертоносные молекулы-зомби


Д. Мамонтов
Торий: спасет ли он планету от энергетического кризиса?


Р. Эспарза, Р. Фишман
Марс: научный гид







Главная / Новости науки версия для печати

Фитопланктон реагирует на рост концентрации CO2 не так, как ожидалось


Кокколитофорида Emiliania huxleyi — самый многочисленный и продуктивный из всех морских организмов с известковым скелетом. Во время массового «цветения» плотность популяции этого вида может достигать 10 тыс. клеток на 1 мл морской воды, при площади района цветения до сотен тысяч кв. км. Фото с сайта www.co2.ulg.ac.be
Кокколитофорида Emiliania huxleyi — самый многочисленный и продуктивный из всех морских организмов с известковым скелетом. Во время массового «цветения» плотность популяции этого вида может достигать 10 тыс. клеток на 1 мл морской воды, при площади района цветения до сотен тысяч кв. км. Фото с сайта www.co2.ulg.ac.be

Эксперименты показали, что главные производители карбоната кальция в мировом океане — микроскопические водоросли кокколитофориды — реагируют на рост концентрации CO2 в атмосфере не снижением, как ожидалось, а значительным увеличением продукции. Эти экспериментальные данные подтверждаются результатами послойного изучения кокколитофорид в донных морских отложениях, показавшими, что за последние 220 лет скелеты кокколитофорид стали массивнее в среднем на 40%.

Кокколитофориды — обширная группа мелких одноклеточных планктонных водорослей, образующих на поверхности клетки ажурные известковые пластинки — кокколиты. Кокколиты прекрасно сохраняются в ископаемом состоянии и широко используются в стратиграфии (для корреляции отложений и установления относительного возраста осадочных пород).

Начиная с середины мезозойской эры кокколитофориды были и остаются главными производителями карбоната кальция в мировом океане. Из известковых скелетиков кокколитофорид в основном состоит и всем известный писчий мел, и современные донные отложения во многих районах океана.

Районы цветения кокколитофорид хорошо видны из космоса — они похожи на молочно-белые разводы в океане. На снимке: цветение Emiliania huxleyi у юго-западного побережья Англии 30 июля 1999 года. Фото с сайта www.sanger.ac.uk
Районы цветения кокколитофорид хорошо видны из космоса — они похожи на молочно-белые разводы в океане. На снимке: цветение Emiliania huxleyi у юго-западного побережья Англии 30 июля 1999 года. Фото с сайта www.sanger.ac.uk

Считается, что рост концентрации CO2 в атмосфере в целом должен оказывать угнетающее воздействие на морские организмы с известковым (кальцитовым) скелетом, такие как кораллы, фораминиферы и кокколитофориды. Растворяясь в воде, углекислый газ превращается в угольную кислоту (H2CO3), что повышает кислотность воды. В принципе, это должно повышать растворимость кальцита и негативно сказываться на организмах с кальцитовым скелетом. Однако в действительности всё гораздо сложнее, особенно когда речь идет об организмах, которые, подобно кокколитофоридам, не только образуют кальцитовый скелет, но еще и фотосинтезируют.

Угольная кислота, реагируя с ионами карбоната (CO32–) и молекулами воды, образует ионы гидрокарбоната (HCO3). Снижение концентрации CO32– снижает величину насыщенности океана кальцитом (Ω-cal); если Ω-cal опускается ниже единицы, кальцит растворяется. С другой стороны, тот же самый процесс ведет к росту концентрации ионов гидрокарбоната, которые служат «строительным материалом» для построения кальцитового скелета кокколитофоридами:

    Ca2+ + 2HCO3 → CaCO3 + CO2 + H2O

Изъятие из воды CaCO3, идущего на построение скелета, ведет к снижению pH и стимулирует — через короткую цепочку причинно-следственных связей — обратный выход CO2 из океана в атмосферу. Добавим к этому фотосинтез, в ходе которого CO2 активно изымается из воды и включается в состав органических веществ. Не забудем и о том, что после смерти кокколитофориды тонут, причем массивный кальцитовый скелет может играть роль груза, и поэтому от его массы может зависеть скорость изъятия органического и неорганического углерода из верхних слоев воды. В итоге получается весьма запутанная система связей и взаимодействий, которую не так-то просто моделировать и прогнозировать. Особенно если учесть, что интенсивность как фотосинтеза, так и кальцификации (образования известковых скелетов) у разных организмов зависит не только от абиотических условий (pH, Ω-cal, концентрации CO2, CO32–, HCO3, температуры, освещенности и т. д.), но и от генетических и физиологических особенностей.

Поэтому у науки до сих пор нет однозначных ответов на ряд весьма актуальных вопросов. Прежде всего хотелось бы знать, как реагируют — и как будут реагировать в будущем — морские организмы с известковым скелетом на продолжающийся рост концентрации CO2, и каким образом эта их реакция скажется на составе атмосферы и климате. Чтобы это понять, нужно прежде всего выяснить, как зависят процессы кальцификации и фотосинтеза от концентрации CO2 у наиболее массовых представителей фитопланктона, в первую очередь у кокколитофорид.

Большинство специалистов склонны считать, что рост концентрации CO2 должен снижать интенсивность кальцификации у морских организмов, в том числе у кокколитофорид. В ряде экспериментов на живых культурах кокколитофорид это предположение вроде бы подтвердилось. Однако группа океанологов и гидробиологов из Великобритании, Франции и США обратила внимание на то, что большинство таких экспериментов были проведены не совсем корректно: уровень pH в них регулировался путем добавления в воду небольших количеств кислоты или щелочи. Более реалистичную модель тех процессов, которые происходят в океане в наши дни и будут происходить в будущем в связи с ростом концентрации CO2, можно получить, пропуская через воду пузырьки углекислого газа.

Именно так и поступили исследователи. Они изучили рост клеток самого массового вида кокколитофорид Emiliania huxleyi при различных концентрациях растворенного CO2 — от существовавших до начала промышленной революции до тех, которые ожидаются к концу нынешнего века (примерно втрое более высоких).

Оказалось, что по мере роста концентрации CO2 кокколитофориды уверенно наращивают как производство биомассы (измерялось количество углерода, включенного в состав органического вещества клеток), так и кальцификацию (измерялось количество углерода, включенного в состав скелетов). Скорость роста клеток несколько снизилась, однако сами клетки стали крупнее, а скелеты массивнее.

Рост среднего объема кокколита (вертикальная ось) по мере роста концентрации растворенного CO2 (горизонтальная ось). В верхней части рисунка показаны фотографии типичных кокколитов из соответствующих культур, полученные на сканирующем электронном микроскопе. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Рост среднего объема кокколита (вертикальная ось) по мере роста концентрации растворенного CO2 (горизонтальная ось). В верхней части рисунка показаны фотографии типичных кокколитов из соответствующих культур, полученные на сканирующем электронном микроскопе. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Важно, что интенсивность кальцификации и фотосинтеза (то есть скорость включения углерода в состав скелета и живой массы) росли параллельно, так что их соотношение практически не изменилось.

Если эксперимент был поставлен правильно и результаты достоверны, то в течение последних двух столетий средний размер кокколитов в океане должен был существенно увеличиться.

Чтобы проверить это, авторы изучили донные отложения из Северной Атлантики. Пробы были взяты в точке с координатами 57°27' с. ш., 27°55' з.д. на глубине 2630 м. В этом районе осадки накапливаются с необычно высокой для открытого океана скоростью — 2,3 мм в год, что позволило весьма детально проанализировать динамику размеров кокколитов за период с 1780-го по 2004 год.

Предположения авторов полностью подтвердились. Средняя масса кокколита увеличилась — от 1,08 × 10–11 г в 1780 году до 1,55 × 10–11 г в 2004 году. Особенно быстрый рост начался в 1960-е годы, что хорошо согласуется с данными по динамике концентрации CO2.

Рост концентрации CO2 в атмосфере (верхняя кривая) и средней массы кокколитов в донных отложениях Северной Атлантики. Рис. из обсуждаемой статьи в Science
Рост концентрации CO2 в атмосфере (верхняя кривая) и средней массы кокколитов в донных отложениях Северной Атлантики. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

В отложениях представлены не только кокколиты Emiliania huxleyi, но и более десятка других видов кокколитофорид, причем количественное соотношение разных видов практически не менялось со временем. Авторам удалось измерить в каждой послойной пробе только среднюю массу всех кокколитов в целом (а не каждого вида по отдельности), поэтому они не смогли определить относительный вклад каждого вида в общее увеличение размеров кокколитов. Однако кокколиты Emiliania huxleyi составляют в среднем лишь 3% общей массы кокколитов в этих пробах, поэтому ясно, что с ростом концентрации CO2 скелет становится массивнее не только у этого вида, но и у других.

Таким образом, можно заключить, что рост концентрации углекислого газа не угнетает, а, наоборот, стимулирует образование кальцитовых скелетов по крайней мере у некоторых видов кокколитофорид в некоторых районах океана. Этот факт, несомненно, необходимо учитывать в геохимических моделях, однако многое по-прежнему остается неясным. В частности, необходимо выяснить, как влияет рост CO2 на других кокколитофорид в других районах океана, как отражается увеличение массивности скелета на скорости изъятия органического углерода из верхних слоев воды, и многое другое.

Источник: M. Debora Iglesias-Rodriguez et al. Phytoplankton Calcification in a High-CO2 World // Science. 2008. V. 320. P. 336–340.

См. также:
Способность к построению минерального скелета была свойственна животным изначально, «Элементы», 09.07.2007.

Александр Марков


Комментарии (6)



Последние новости: ЭкологияБиологияАлександр Марков

22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
16.06
В Старом и Новом Свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен
6.06
Промышленный меланизм бабочек получил генетическое объяснение
2.06
Обнаружено фундаментальное сходство между развитием актинии и развитием позвоночных
1.06
Половой отбор сделал сперматозоиды дрозофил самыми длинными в мире

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия