Фитопланктон страдает от избытка углекислого газа
Но всего через 500 поколений начинает мутировать, чтобы спасти свой экзоскелет.
Топливо, получаемое из углеводородов, оказывает серьёзное воздействие не только на глобальный климат, но и создаёт так называемую проблему углекислого газа в океанах. Когда углекислый газ растворяется в морской воде, образуются карбонат-ионы, которые «закисляют» воду, понижая pH. Кратковременные эксперименты показали, что живые организмы, имеющие кальцифицированный наружный скелет ̶ кораллы, моллюски и даже отдельные представители фитопланктона размером всего лишь в 1 микрон, очень чувствительны к загрязняющему эффекту углекислоты. Пока ученым не известно, способны ли эти организмы приспособиться к повышенной кислотности среды обитания.
Учёные Центра исследования океана им. Гельмгольца (Geomar) впервые продемонстрировали способность одноклеточных представителей фитопланктона - Emiliania huxleyi - адаптироваться к изменениям pH и в некоторой степени уменьшать негативные последствия «закисления» океана. Эти результаты были получены Каем Лобеком, Ульфом Рейбесселем и Торстеном Реушем и опубликованы в журнале «Nature Geoscience».
Экспериментальные штаммы диатомовой водоросли Emiliania huxleyi были выловлены в прибрежных водах Норвегии. Их культивировали при той насыщенности воды карбонат-ионами, которая может быть достигнута, если углекислый газ будет продолжать с той же интенсивностью поступать в атмосферу (модельные условия). Примерно через год, когда сменилось примерно 500 поколений этого быстро разразмножающегося организма, биологи обнаружили, что произошла адаптация к высокому содержанию углекислого газа ̶ часть представителей популяции стали расти и кальцифицироваться значительно лучше, чем не сумевшие приспособиться к изменившимся условиям собратья.
«С точки зрения биогеохимических перспектив наиболее интересен тот факт, что организмы частично восстановили скорость кальцификации», - пояснил Ульф Рейбессель. Поверхность клетки Emiliania huxleyi покрыта «чешуйками» кальцита (карбоната кальция), которые под воздействием высокой концентрации углекислого газа истончаются. Это известно из многочисленных сообщений в научной литературе. «Мы были поражены тем, что нарушения кальцификации «раковинки» были восстановлены хотя и не полностью, но достаточно быстро ̶ всего лишь через 500 поколений», - говорит Кай Лобек. Механизм репарации, по мнению учёных GEOMAR заключается в отборе генотипов с «полезными» мутациями. (Можно вспомнить Ламарка.) Ранее такой тип адаптации «не был замечен у основных видов планктона». «В этом исследовании мы впервые показали и доказали, что микроэволюционные процессы потенциально могут воздействовать на климат, в данном случае - смягчать негативное воздействие загрязнения океана углекислым газом, - сообщил Торстен Реуш. - Эти результаты показывают, что необходимо учитывать микроэволюционные процессы при проведении в будущем исследований по оценке биологических последствий глобальных изменений климата».
Несмотря на это открытие, учёные GEOMAR не собираются утверждать, что обитателям океана больше не страшно загрязнение. Адаптивная эволюция становится значимой, если вид размножается быстро и имеет высокий коэффициент размножения, как в случае с Emiliania huxleyi. «Это одна из причин, по которой мы выбрали именно этот вид для нашего исследования», - поясняют ученые. У видов с высокой продолжительностью жизни, особенно у тех из них, что за свою жизнь могут иметь только несколько потомков, как правило, куда меньший потенциал к адаптации в условиях изменения климата за короткий промежуток времени. «Геохронология Земли может поведать убедительную историю об ограничениях в эволюционной адаптации, - объяснил профессор Ульф Рейбессель. - Изменение сравнимо с тем, что происходит в данный момент в океанах. Это быстро приводило к массовому вымиранию, даже если учитывать, что изменения прошлых геологических эпох происходили в 10 - 100 раз медленней, чем те, что мы наблюдаем сегодня».
Другой открытый вопрос заключается в том, насколько микроэволюционные изменения, наблюдаемые в лабораторных условиях, могут быть сопоставимы с теми, которые происходят в океане, где на организм одновременно оказывают влияние другие факторы окружающей среды. Поэтому учёные GEOMAR уже начали готовить следующую серию экспериментов. В рамках проекта BIOACID (Влияние закисления океана на биоту), финансируемого немецким федеральным министерством образования и исследований, биологи планируют исследовать адаптивный потенциал Emiliania huxleyi в естественных условиях.
На рисунке: Диатомовая водоросль Emiliania huxleyi снаружи покрыта ажурными дисками кальцита.
