Ученые из Института морской микробиологии Общества Макса Планка обнаружили, что в Мировом океане содержатся огромные запасы сахара, о которых никто ранее не подозревал. По самым грубым подсчетам, это около 1,3 млн тонн сахарозы — такого количества достаточно для производства 32 млрд банок кока-колы. Результаты исследования публикует научный журнал Nature Ecology & Evolution.
Горы сахара под толщей воды?
По сути открытие проливает новый свет на то, как растения накапливают углерод в водной среде. Морские водоросли и трава образуют массивные подводные оазисы во многих прибрежных районах по всему миру. Эти растения являются одними из самых эффективных глобальных поглотителей углекислого газа на Земле: 1 км2 такой массы накапливает почти в 2 раза больше углерода, чем леса на суше, причем происходит это в 35 раз быстрее.
Николь Дюбилье, директор Института морской микробиологии в Бремене:
Подводные растения производят сахара во время фотосинтеза. В условиях среднего освещения они используют большую часть производимого сахара для собственного метаболизма и роста. Но в условиях яркого освещения, например, в полдень или летом, растения производят больше сахара, чем могут использовать или хранить. Затем они выпускают избыток сахарозы в свою ризосферу — придонный слой под ними.
Концентрация сахара в ризосфере под водорослями оказалась по меньшей мере в 80 раз выше, чем ранее измеряемая в морской среде (к слову, делать такие измерения крайне затруднительно: большое количество соли в морской воде затрудняет определение метаболитов, и команде института пришлось даже разработать для этого специальный метод). Такой высокий процент сахарозы удивителен, ведь обычно все свободные сахара в окружающей среде быстро «идут на корм» разнообразным микроорганизмам.
В диете микробов виновны полифенолы?
Почему же сахароза не потребляется сообществом микроорганизмов в ризосфере водорослей? «Мы долго пытались это выяснить и поняли, что водоросли, как и многие другие растения, выделяют фенольные соединения, — говорит ведущий автор работы микробиолог Мэгги Согин. — Красное вино, кофе и фрукты полны фенольных веществ, также многие люди принимают их в качестве пищевых добавок. Фенольные соединения обладают противомикробным действием и подавляют метаболизм большинства микроорганизмов.
В наших экспериментах с использованием масс-спектрометрии мы добавляли фенольные вещества, выделенные из водорослей, к микроорганизмам в ризосфере — и, действительно, потреблялось гораздо меньше сахарозы по сравнению с отсутствием фенольных веществ». А поскольку морская трава выделяет много фенольных соединений, удерживающих большинство микроорганизмов от разложения сахарозы, все эти запасы сахара остаются погребенными под водорослевыми зарослями и не могут быть преобразованы в CO2 и возвращены в океан и атмосферу.
Попутно выяснилось, что не так уж и широк спектр микроорганизмов, способных процветать на сахарозе, несмотря на сложные условия выживания в водной среде. Мэгги Согин предполагает, что эти «специалисты по сахарозе» не только могут усваивать сахарозу и разлагать фенольные вещества, но и способны приносить пользу водорослям, производя необходимые для их роста питательные вещества, например азот.
Мэгги Согин, морской микробиолог:
Такие полезные взаимоотношения между растениями и микроорганизмами ризосферы хорошо изучены у наземных растений, но мы пока только приближаемся к пониманию тесных и сложных взаимодействий подводного растительного мира с микроорганизмами в морской ризосфере.
Под угрозой исчезновения
Что больше всего встревожило ученых? Леса водорослей являются едва ли не самой первой средой обитания, находящейся под угрозой исчезновения из-за деятельности человека и снижения качества воды. А гибель морских водорослей может очень сильно сказаться на общепланетарном климате.
Голубым углеродом называют двуокись углерода, «захваченного» мировым океаном и прибрежными экосистемами. Он улавливается в первую очередь водорослями, морскими травами и мангровыми зарослями.
Мануэль Либеке, руководитель исследовательской группы «Метаболические взаимодействия» Института морской микробиологии:
Если посмотреть, сколько голубого углерода теряется при уничтожении сообществ водорослей и морских трав, наше исследование ясно показывает: не только гибель самой морской травы, но и большое количество сахарозы под водной растительностью приведет к потере накопленного углерода.
Расчеты показывают, что если сахароза в ризосфере будет разлагаться микроорганизмами, в атмосферу будет выброшено не менее 1,54 млн тонн СО2. Это примерно равно количеству углекислого газа, выбрасываемого за год 330 тысячами автомобилей.
Пространства морского дна, покрытые водорослями и морской травой, быстро сокращаются во всех океанах, ежегодные потери достигают не менее 7 % в некоторых регионах, а это не только сравнимо, но и превосходит потери коралловых рифов и тропических дождевых лесов. Возможно, до трети мировых площадей подводного растительного мира уже утрачено.
Мэгги Согин:
Наше исследование вносит вклад в понимание одной из самых важных прибрежных сред обитания на нашей планете и подчеркивает, насколько важно сохранить экосистемы голубого углерода. Кроме того, теперь при расчете потерь углерода и оценке изменений климата мы просто обязаны учитывать отложения сахарозы в ризосфере подводной флоры.