Новое исследование предоставляет первые доказательства того, почему у нас есть сложные формы жизни в полярных океанах, и подчеркивает угрозу, которую представляет для них глобальное потепление.

Это раскрывает жизненно важную роль микроэлемента цинка, без которого эти океаны были бы лишены жизни, более биологически сложной, чем бактерии. Разнообразные водоросли не колонизировали бы полярные океаны, и без водорослей морское биоразнообразие было бы сильно истощено, потому что водоросли являются основой морской пищевой сети.

В исследовании приняли участие международная группа из 46 исследователей из пяти стран, в том числе ученые из Университета Восточной Англии (Великобритания), Научно-исследовательского института рыболовства Желтого моря (Китай), Объединенного института генома Министерства энергетики США (JGI) и Альфред- Институт полярных и морских исследований им. Вегенера (Германия).

Опубликованные в Nature Ecology & Evolution результаты показывают, что полярные океаны принадлежат к наиболее продуктивным морским экосистемам на планете из-за цинка, который, по-видимому, сделал возможным фотосинтез в экстремальных полярных условиях низких температур и сильной сезонности света.

Ведущий британский исследователь, профессор Томас Мок из Школы наук об окружающей среде UEA, сказал: «Это первая работа, связывающая роль микроэлемента, необходимого для жизни, с адаптивной эволюцией многих различных и, следовательно, отдаленно связанных групп организмов. значительную экосистему на Земле.

«Эта эволюция, по-видимому, позволила этим первичным производителям справиться со сложными условиями полярных поверхностных океанов. Без цинка у нас не было бы водорослей и, в свою очередь, не было бы рыб или других морских животных. Таким образом, цинк, по-видимому, стал движущей силой эволюции сложных жизнь в полярных океанах.

«Однако, если концентрация цинка в полярных поверхностных водах уменьшится, например, в результате расслоения из-за глобального потепления , полярная жизнь потенциально исчезнет быстрее, чем в других океанах, поскольку жизнь в неполярных океанах не зависит от повышенных концентраций цинка».

У людей цинк поддерживает ряд функций, включая иммунную систему и обмен веществ. В океанах он поддерживает несколько фундаментальных биологических процессов, таких как репликация и регуляция ДНК, фотосинтез и фиксация углерода.

Причины повышенной потребности в цинке со стороны естественных сообществ полярных водорослей, особенно в Южном океане вокруг Антарктиды, остаются неясными, но эти новые данные показывают, что полярные микроводоросли имеют более высокую потребность в цинке.

Ведущий автор профессор Найхао Йе из Научно-исследовательского института рыболовства в Желтом море сказал: «Это исследование показывает, что повышенные концентрации цинка в поверхностных полярных океанах способствовали адаптивной эволюции водорослей к условиям этих постоянно низких температур. формирование одних из самых продуктивных пищевых сетей на Земле.

«В более широком смысле, особенно высокие потребности полярного фитопланктона в цинке и его роль в биогеохимическом круговороте цинка указывают на то, что изменения их численности и биоразнообразия из-за изменения климата будут напрямую влиять на круговорот цинка во всем мировом океане ».

Предыдущие исследования показали, что поверхностные воды океана демонстрируют значительную изменчивость концентраций растворенного в них цинка: от выше среднего в Южном океане до исчезающе низких уровней в тропических океанах.

Также считается, что особенно высокие потребности полярных водорослей в цинке регулируют большую часть глобального распределения цинка.

Авторы этого исследования, в котором использовались самые разные подходы, от полевых работ до применения методов с поддержкой генома для моделирования видов водорослей, предупреждают, что изменение климата потенциально может снизить концентрацию цинка в неполярных океанах и, следовательно, вызвать ограничения содержания цинка.

Фотосинтез в полярных экосистемах требует регулирования, чтобы справиться с экстремальной сезонностью 24-часового освещения летом и длительными периодами темноты зимой.

Для темного конца светового спектра адаптированные к холоду водоросли развили механизмы, позволяющие значительно снизить точку компенсации света — интенсивность света, при которой производство кислорода равно потреблению — для фотосинтеза при чрезвычайно низких уровнях освещения.

«Роль цинка в адаптивной эволюции полярного фитопланктона», Найхао Йе и др., были опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution 2 июня.