четверг, 12 апреля 2012 г.

Окисление океана не угрожает планктонным водорослям с известковыми скелетами

Окисление океана не угрожает планктонным водорослям с известковыми скелетамиКиотский протокол – международный документ, принятый в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Он предусматривает замораживание уровня выбросов...





Популярная теория о том, что повышенные эмиссии углекислого газа в атмосфере вызовут коллапс фитоплактона – ключевого звена в кормовой цепочке океана, окончательно опровергнута. Окисление океана, связанное с ростом концентрации СО2, не навредит планктонным микроводорослям, образующим известковые скелеты, установили немецкие океанологи.

Связь между причиной (рост атмосферных концентраций СО2) и следствием (уменьшение рН верхнего слоя океана) обусловлена составом компонентов, входящих в состав морской воды.

В отличие от других газов, входящих в состав земной атмосферы, СО2 хорошо растворяется в воде (в океанах его сейчас растворено 140 трл тонн против 2,6 трл тонн, содержащихся в воздухе) с образованием слабой угольной кислоты, диссоциирующей на карбонат (СО3) и гидрокарбонат-ионы (НСО3) с количественным доминированием последних.

Гидрокарбонаты – неустойчивые соединения: при дефиците растворенного углекислого газа они разлагаются до СО2 и подщелачивают воду (НСО3-→ОН-+СО2).

Эта особенность объясняет слабощелочное динамическое равновесие, сложившееся в Мировом океане за сотни миллионов лет, которое обеспечивается подщелачивающим действием океанических солей, в частности, растворенных в морской воде гидрокарбоната кальция (Са(HСО3)2) и магния, ослабляющих подкисление воды СО2, то есть играющих роль буфера.

Карбонатный буфер океана гасит подкисляющее действие СО2, поддерживая рН морской воды на слабощелочном уровне чуть выше 8, и это очень стабильный показатель. Но при значительном увеличении концентрации СО2 эффективность буфера снижается: предполагается, что за триста последних лет рН поверхностного 70-метрового слоя Мирового океана снизился на 0,1, с 8,25 до 8,15, что соответствует почти 30-процентному увеличению концентрации ионов водорода (шкала рН логарифмическая).

По прогнозам через сто лет рН океана снизится еще на 0,15–0,5 в зависимости от сценариев эмиссии СО2.

Как скажется подкисление океана на самочувствии кальцифицирующих организмов – кораллов, моллюсков, но прежде всего мельчайших одноклеточных водорослей кокколитофорид, образующих известковые скелеты?

Похоже, что как минимум в отношении кокколитов, ответственных за гигантские геологические отложения карбоната кальция и составляющих важнейшую часть фитопланктона и океанической пищевой цепи, совсем не так, как предрекают апокалиптически настроенные алармисты, согласно которым подкисление океана будет угнетать кальцификацию, значительно сокращая популяцию планктона и провоцируя драматичный дисбаланс в базовой океанической экосистеме.

Как показал анализ донных отложений в районе Северной Атлантики, средняя масса известкового скелетика кокколита за последние 200 лет отнюдь не уменьшалась, а стабильно увеличивалась с ростом концентрации атмосферного СО2, что также было подтверждено в экспериментах с популяциями кокколитов, размножавшихся в морской воде с разной концентрацией растворенной углекислоты.

Новые, более продуманные и сложные эксперименты, поставленные в Центре океанологии им. Гельмгольца (Германия) биологом Каем Лобеком, профессором Ульфом Рибезеллем и профессором Торстеном Ройшем, показали, что кокколиты

способны очень быстро, всего за 500 поколений, эффективно адаптироваться к изменению рН.

Статью с описанием их экспериментов публикует Nature Geoscience.

В качесте подопытного кокколита немецкие океанографы выбрали одноатомную водоросль Emiliania huxleyi, отловленную у берегов Норвегии и культивированную в лаборатории в условиях, максимально приближенных к естественным. Использовались две разновидности лабораторной популяции – моноклональная, состоящая из водорослей, имеющих одного предка, и мультиклональная, в которой представлены разные генетические линии.

В течение года эти популяции размножались по отдельности в трех резервуарах, в которых поддерживалась разная концентрация СО2: контрольная, соответствующая современной, средняя, соответствующая прогнозируемой на начало следующего века, и высокая, которая хоть и выходит за пределы прогнозируемой, но, тем не менее, иногда наблюдается в некоторых прибрежных акваториях (например Калифорнийской) при подъеме к поверхности глубинных, обедненных кислородом слоев воды.

Как и следовало ожидать, темпы размножения водорослей, попавших в разные условия, оказались неодинаковыми: за год одна водоросль из контрольной группы сумела размножиться в среднем 530 раз, водоросль, попавшая в среду с рН, каким он предположительно будет через сто лет, примерно 500, а водоросль в «экстремальном» резервуаре – 430.

Между тем, поместив через год в резервуар с «будущей» морской водой водоросли из контрольной группы, биологи обнаружили, что кокколиты, проведшие год в резервуаре с повышенной концентрацией СО2

размножаются существенно быстрей и кальцифицируются намного лучше, чем контрольные, помещенные в среду с повышенным уровнем кислотности.

Другими словами, водоросли сумели за это время успешно адаптироваться к более низкому рН. Интересно, моноклональная популяция адаптировалась даже лучше, чем мультиклональная – они и размножались быстрей, и известковые скелетики у них были помассивней. Авторы объясняют это эффектами плейотропии (способности одного гена контролировать сразу несколько полезных признаков – в моноклональной популяции отбор таких генов может происходить быстрей) и клональной интерференции, когда выгодные мутации, возникшие у разных особей, размножающихся, как водоросли, бесполовым путем, конкурируют, а не рекомбинируют в процессе спаривания, что тоже убыстряет адаптацию.

«С биогеохимической точки зрения самым интересным результатом стали быстрые темпы восстановления кальцификации. Считалось, что они должны падать в воде с повышенным СО2, но мы обнаружили, что эта функция успешно восстанавливается уже через 500 поколений кокколитов», – отмечает профессор Рибезелл.

Столь быстрая адаптация ключевых представителей фитопланктона к колебаниям рН ранее никогда не наблюдалась, и это действительно важное открытие,

опровергающее распространенную точку зрения, что окисление океана крайне негативно скажется на самочувствии микроводорослей.

«Наши эксперименты впервые показали высокий потенциал адаптации к относительно быстрым климатическим изменениям, сглаживающей негативные эффекты окисления мирового океана. Это следует учитывать при оценке последствий глобального изменения климата», – резюмирует другой автор статьи профессор Ройш.

Результаты нового эксперимента в общем согласуются с данным предыдущих, а также с анализом донных отложений кокколитов, так что некогда популярную теорию, что из-за повышения концентрации СО2 в атмосфере микроводорослям станет все трудней формировать известковые скелеты, которая до сих пор частенько озвучивается даже специалистами, следует сдать в утиль. Основательной ревизии не избежать также биогеохимическим моделям, согласно которым повышенные концентрации СО2 должны угнетать фитопланктон и изменять сценарии циркуляции карбонатов и углекислоты, – в природе, по всей видимости, все происходит несколько иначе.

Впрочем, обольщаться, что другие кальцифицирующие организмы, более крупные и с более долгим циклом размножения – многочисленные моллюски, кораллы и составляющие планктон ракообразные – смогут адаптироваться к новым условиям также быстро, как стремительно плодящиеся микроводоросли, не стоит.

Не будем забывать, что процесс окисления океана идет беспрецедентно быстро, а у микробиоты с высокими темпами размножения адаптивный потенциал намного выше, чем у крупных и медленно плодящихся животных, которым может не хватить времени, чтобы приспособиться к новым условиям.

Как бы то ни было, кокколитам рост концентрации СО2 в атмосфере ничем серьезным, по всей видимости, не грозит, и даже существенное снижение рН не приведет к коллапсу планктонной микробиоты, составляющей основание пищевой пирамиды мирового океана.
Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Оружие делает нас в чужих глазах больше и сильнее
Чтобы стать сильнее, не обязательно подвергать себя изнурительным тренировкам: достаточно взять в руки что-нибудь огнестрельное. Реальной физической силы от этого, правда, не прибавится, но окружающим вы начнёте казаться выше, крупнее, мощнее. С ружьём в руках человек кажется окружающим больше и сильнее — а значит, и опаснее. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) ст...
  (читать дальше)

Ученые до сих пор не знают, как голуби ориентируются по магнитному полю Земли
Попытки объяснить способность голубей находить дорогу домой вызвали горячие дебаты в научном сообществе. Яблоком раздора стали содержащие железо клетки в клюве птицы. Одни ученые утверждают, что они являются «навигаторами», а другие полагают, что это всего лишь станции переработки гемоглобина, не имеющие к ориентации никакого отношения. Удивительную способность голубей безошибочно находить путь к...
  (читать дальше)

Yahoo! начинает комплексную реорганизацию
Компания Yahoo! объявила о крупномасштабной чистке кадров, проводящейся с целью реорганизации бизнеса. Сообщается, что в ближайшее время работы лишатся приблизительно 2 000 человек, или около 14% штата, насчитывающего 14,1 тыс. сотрудников. В долгосрочной перспективе эта мера позволит экономить до $375 млн в год. Правда, расходы, связанные с увольнениями, составят от $125 до $145 млн, что о...
  (читать дальше)

Океан нагревается уже лет сто
Анализ данных о температуре Мирового океана с 1870-х годов показал, что потепление началось по крайней мере 100 лет назад. Дин Рёммих из Института океанографии им. Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего (США) и его коллеги выяснили, что за этот период верхний 700-метровый слой океана прогрелся в среднем на 0,33 ˚C. Наибольший рост показала поверхность — 0,59 ˚C, на 900-метровой глу...
  (читать дальше)

Создана новая система беспроводной передачи электричества
Исследователи из германского Института керамических технологий и систем Общества им. Фраунгофера (IKTS) продемонстрировали новый метод беспроводной передачи энергии на небольшие расстояния. Существует несколько способов передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в цепи. Один из наиболее распространённых — электромагнитная индукция: переменный электрический ток...
  (читать дальше)

Microsoft патентует интерактивную клавиатуру с изменяемой раскладкой
Microsoft направила в Управление США по патентам и торговым маркам (USPTO) патентную заявку на «Интерактивную клавиатуру с разнообразным расположением кнопок» (Interactive Keyboard With Multiple Different Key Arrangements). Идея заключается в том, чтобы оснастить устройство ввода широким дисплеем в основании корпуса, поверх которого будут размещаться полностью или частично прозрачные сменные пан...
  (читать дальше)

Алкоголь стимулирует предраковые изменения в груди у женщин
Девушки и молодые женщины, даже умеренно потребляющие алкоголь, увеличивают риск возникновения в груди изменений, которые могут запустить развитие рака. Такой вывод был сделан учёными из Медицинской школы при Вашингтонском университете в Сент-Луисе (США) по результатам исследования 29 тысяч представительниц женского пола, которые на момент начала наблюдений не болели раком и не имели новообразов...
  (читать дальше)

Четверть населения крупных российских городов пользуется электронными деньгами
Аналитическая компания TNS обнародовала результаты опроса, изучавшего российскую аудиторию систем электронных денег. Респондентами TNS стали 3 500 человек в возрасте от 18 до 45 лет, проживающих в городах с населением свыше 800 тыс. За полгода, с сентября 2011-го по февраль 2012-го, 3,9 млн пользователей Рунета совершили хотя бы один платёж электронными деньгами. Самым популярным средством пла...
  (читать дальше)

Уличные фонари предложено подключать к фитнес-центрам
Михал Михалыч Жванецкий много лет назад пошутил о том, как бы прицепить к балерине динамо, а вот в других странах встречаются люди, которые к подобным идеям относятся очень, очень серьёзно. Премию Green Dot Award взял и выиграл проект CITYLIGHT Led Street Lamp. По сути, это обычный уличный фонарь, который светит — по крайней мере частично — благодаря любителям фитнеса. Просто стоит на улице ламп...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)