Остается открытым вопрос, почему бактерии, осуществляющие фиксацию азота, можно найти по всему миру в океане.
В течение многих лет ученые озадачивались тем, могут ли и как бактерии, живущие за счет растворенных органических веществ в морских водах, осуществлять фиксацию азота (N2). Предполагалось, что высокий уровень кислорода в сочетании с низким содержанием растворенного органического вещества в толще морской воды предотвратит анаэробную и энергозатратную фиксацию азота. Еще в 1980-х годах было высказано предположение, что агрегаты, так называемые «частицы морского снега», могут быть подходящими местами для фиксации азота, и недавно это было подтверждено. Тем не менее, остается открытым вопрос, почему бактерии, осуществляющие эту фиксацию азота, можно найти по всему миру в океане. Более того, глобальные масштабы и распространение активности были неизвестны… до сих пор.
В новом исследовании учёные из Центра тропических морских исследований Лейбница в Германии, Датского технического университета и Копенгагенского университета демонстрируют, используя механистические математические модели, что бактерии, прикрепленные к частицам морского снега, могут фиксировать азот в широком диапазоне температур океанов, от тропиков до полюсов и от поверхности до бездны.
«Прошло почти пять лет с тех пор, как мы начали эту работу, когда я был постдоком в Копенгагенском университете», — объясняет первый автор Субхенду Чакраборти. «Но это определенно стоило усилий, поскольку результаты являются настоящим прорывом. Действительно, наше исследование оспаривает давние парадигмы о том, что океаническая фиксация азота ограничивается исключительно поверхностными водами тропических и субтропических океанов и что цианобактерии являются единственными важными диазотрофами».
С помощью своих механистических моделей исследователи также смогли продемонстрировать отчетливое широтное распределение бактерий, фиксирующих азот на частицах морского снега, с самыми высокими показателями в зонах минимума кислорода, обнаруженных в крупных регионах мирового океана. Более того, было показано, что ассоциированные с частицами бактерии способны фиксировать азот в гораздо более широком диапазоне температур, чем цианобактерии.
«Величина фиксации азота и четкое распределение активности, связанной с частицами, относительно того, что известно для цианобактерий, очень интересны», — говорит Лассе Риман, профессор кафедры биологии и соавтор исследования.
«Ожидается, что, фиксируя азот в основном под поверхностными слоями, бактериальная активность, связанная с частицами, будет иметь косвенное и отсроченное влияние на цикл азота в океане по сравнению с активностью цианобактерий. Эти открытия могут быть особенно важны при попытке предсказать продуктивность планктона в будущем океане, на который будет влиять глобальное потепление».
Исследователи надеются, что их исследование вдохновит будущие исследования микробной жизни на морских частицах, поскольку она, по-видимому, играет решающую роль в круговороте многих питательных веществ в океане.
