27.06.2013

Плавучие пробирки измерят чувствительность морской жизни

Воздействие подкисления океана на экосистемы теперь можно изучать на месте, а не в лабораториях, пишет Nature News.

Глобальное потепление не единственное тревожное следствие роста углеродных выбросов. С повышением атмосферного уровня углекислого газа всё больше двуокиси углерода растворяется в океане, в результате чего вода становится более кислой. Океанографы опасаются, что это приведёт к разрушению целых экосистем — например, тем самым подавляется способность некоторых организмов формировать твёрдую оболочку. Но до окончательной ясности ещё далеко: в ходе небольших лабораторных тестов одни виды оказались на удивление устойчивыми, а другим подкисление даже пошло на пользу.

Морской биолог Ульф Рибезель считает, что подобным экспериментам можно доверять лишь отчасти. Учёным необходимо выращивать и изучать целые экосистемы, ведь лабораторные исследования изолированного вида игнорируют такие переменные, как конкуренция, хищничество и болезни. Даже незначительное воздействие подкисления на отдельные виды — особенно на малые фотосинтезирующие организмы — способно нарушить пищевую цепь и в конечном итоге навредить крупным видам.

Г-н Рибезель и его коллеги из Центра океанографических исследований им. Гельмгольца (ФРГ) разработали новаторские экспериментальные среды: 20-метровые «пробирки» погружаются в океан и охватывают целые экосистемы, позволяя измерять самые разные последствия повышенной концентрации СО₂. Первые результаты, опубликованные в этом году, показали, что некоторые виды планктона процветают в кислой среде и могут нанести вред пищевой цепи. Второй эксперимент закончится в июле, а его предварительные данные свидетельствуют о том, что морские улитки и морские ежи уязвимы к подкислению.

Проект вдохновлён сухопутным аналогом, когда в изолированные участки леса накачивается дополнительный углекислый газ. Для моря г-н Рибезель и его коллеги построили «мезокосмы» — плавучие цилиндры из тонкого пластика. Поначалу их оставляют открытыми сверху и снизу, чтобы туда успели попасть сотни мелких видов. Несколько дней спустя они закрываются, и в систему подаётся подкисленная вода. Через определённое количество недель или месяцев исследователи оценивают произошедшие там изменения по сравнению с мешками, где всё это время находилась обычная вода.

Реализовать эту простую идею оказалось сложным делом. Первый прототип появился в 2006 году. Когда его выпустили в Балтийское море, выяснилось, что он плавает слишком хорошо: течения унесли мешок гораздо дальше, чем ожидалось, так что была целая погоня с участием научно-исследовательского судна. Всего через два дня незадачливые немцы вместе со своей гигантской пробиркой достигли шведских территориальных вод, на доступ в которые у них не было разрешения. А когда учёные попытались достать мешок из воды, он порвался.

Первый успешный эксперимент удалось провести только в 2010 году. К тому времени был изобретён более лёгкий мешок, который пришвартовали у берегов Шпицбергена. Выяснилось, что по сравнению с контрольной средой подкисленные мезокосмы произвели меньше диметилсульфида — газа, способствующего образованию облаков, которые отражают солнечный свет и тем самым помогают противостоять потеплению климата. Г-н Рибезель пока не знает, что приводит к подобным изменениям: то ли планктон в подкисленной среде вырабатывает меньше этого газа, то ли сама среда снижает стабильность данного соединения.

Оказалось, пикофитопланктон — самые маленькие фотосинтезирующие организмы — лучше растёт в подкисленных мезокосмах, тогда как диатомовые водоросли (один из основных производителей биомассы в океане) страдают. Возможно, это связано с тем, что в пикофитопланктоне циркулирует больше питательных веществ, а до более крупных животных (например, рыб) их доходит меньше. Действительно, предварительные результаты последних экспериментов говорят о том, что личинки морских ежей и стромбусов с трудом выживают в подкисленных мезокосмах. Тем не менее учёные считают, что недоступность питательных веществ не может быть основной причиной их смерти. Скорее всего, определённую роль играют также патогены и проблемы с наращиванием оболочек.

Конечно, такие «пробирки» далеко не идеальны. Они хорошо подходят лишь для изучения неподвижных водорослей, но не организмов, способных свободно перемещаться. Кроме того, пластиковые стенки отфильтровывают часть ультрафиолетового излучения, которое является естественным источником стресса для фотосинтезирующих организмов. Далее — мезоксомы непроницаемы, поэтому эксперимент может продолжаться лишь до тех пор, пока запасы питательных веществ не будут исчерпаны.

И тем не менее, по словам г-на Рибезеля, эти мешки позволили узнать много полезного. Пока это самый удачный компромисс между контролируемыми лабораторными условиями и полевым экспериментом.

В этом году в шведском фьорде Гулмар установлено пять контрольных мезокосмов и столько же таких, в которых кислотность воды повышена до уровня, прогнозируемого на 2100 год. Эксперимент продлится полгода и станет самым длинным на сегодня, а также самым сложным. За шесть месяцев сменятся сотни поколений диатомовых водорослей, так что можно будет отследить гены тех из них, которые лучше остальных приспособятся к подкисленной среде, — естественный отбор в действии! Кроме того, впервые в мезокосмы введена рыбья икра.

Земные океаны не впервые сталкиваются с подкислением. Но морская жизнь всякий раз справлялась с этой неприятностью, и учёным интересно знать, что произойдёт на сей раз.

Дмитрий Целиков

Источники:

1. compulenta.computerra.ru