Какая валюта для всей жизни на Земле? Углерод. Каждому живому существу нужен источник углерода для роста и размножения. В форме органических молекул углерод содержит химическую энергию, которая передается между организмами, когда один поедает другой.
Растения осуществляют фотосинтез , используя энергию солнечного света для преобразования углекислого газа и воды в сахар и кислород. Животные получают углерод, потребляя органические вещества в своем рационе — травоядные из растений, плотоядные из поедания других животных. Они используют этот углерод для получения энергии и для производства молекул, необходимых их телам, при этом некоторое количество углекислого газа выделяется при дыхании.
Но есть и другие, более странные способы получения углерода. В нашем новом исследовании мы обнаружили нечто очень удивительное. Речные животные питались бактериями, поедающими метан , которые, в свою очередь, потребляли ископаемое топливо в качестве пищи.
Обычно углерод, используемый в качестве пищи речными существами, является новым в том смысле, что он недавно был преобразован из газа (углекислого газа) в твердый углерод посредством фотосинтезирующих водорослей или деревьев вдоль берега. Но в нескольких реках, таких как река Кондамин в Квинсленде, есть другой источник: древний природный газ, бьющий из-под земли, который поедается микроорганизмами. Насекомые, такие как поденки, с удовольствием взялись за этот углерод на основе метана.
Откуда река обычно получает углерод?
То, как фотосинтезированный углерод перемещается от растения к животному, а затем к другому животному, можно описать как пищевую сеть. Пищевые сети показывают множество различных пищевых взаимоотношений между организмами и показывают, как виды зависят друг от друга для пропитания в сложном балансе.
В речной пищевой сети углерод обычно поступает из одного из двух источников: растения, растущие и фотосинтезирующие в реке (например, водоросли), или когда органические вещества, такие как листья, смываются дождем или переносятся ветром.
Реки, которые хорошо связаны со своими поймами, часто получают много углерода из опавших листьев с деревьев, которые растворяются в воде или напрямую поедаются животными. Водоросли в реках являются высококачественным источником углерода для животных, поскольку они могут содержать высокие концентрации омега-3 жирных кислот, необходимых для роста и размножения. Основной источник углерода для речных животных варьируется в зависимости от преобладающих условий и конкретной реки.
Углерод Кондамина
Некоторые микроорганизмы, называемые археями, естественным образом производят небольшое количество метана в обедненных кислородом отложениях рек.
Но мы хотели изучить Кондамин, чтобы выяснить, можно ли использовать в качестве пищи гораздо большие объемы метана.
После того, как он образуется глубоко под землей, природный газ может медленно выходить через трещины в земле. Если русло реки находится прямо над ним, этот богатый метаном газ просочится в реку.
Вот что происходит в реке Кондамин в Квинсленде. Река берет начало на горе Супербус, вдали от Брисбена, и течет вглубь страны, пока не впадает в реку Дарлинг.
В некоторых частях реки метан постоянно поднимается через толщу воды из природного газового резервуара, образовавшегося еще в позднем плейстоцене.
На этих участках реки концентрации растворенного метана чрезвычайно высоки: до 350 раз превышают следовые концентрации выше по течению, вдали от мест выхода метана.
Мы хотели выяснить, поедаются ли речными животными метанотрофные бактерии, потребляющие метан из природного газа, и можем ли мы проследить углеродную сигнатуру через пищевую сеть.
Чтобы выяснить это, мы проанализировали углерод в телах речных животных, таких как зоопланктон, насекомые, креветки и рыбы, и сравнили его с различными источниками углерода, которые могут составлять их пищу.
Результаты были очевидны: животные в пределах досягаемости природного газа, просачивающегося из-под земли, имели отчетливую углеродную сигнатуру, показывающую, что они ели пищу, полученную из природного газа. Фактически, для насекомых, таких как поденки, пища на основе метана составляла более половины (55%) их рациона.
Со временем эта метановая пища продвигалась по пищевой цепочке, появляясь в креветках и даже в рыбе. Здесь она также внесла значительную часть их углерода.
Мы обнаружили, что этот метановый углерод перемещается через несколько уровней местной пищевой сети. Он составил почти пятую часть (19%) углерода в креветках и 28% углерода в плотоядных рыбах.
Для речных креветок листья, смытые в реку, по-прежнему оставались важным источником углерода. Для поденок водоросли по-прежнему оставались важным источником пищи.
Но наша работа показывает, что выходы природного газа могут быть основным, даже доминирующим, источником энергии для всей пищевой цепи. Это очень удивительно. Это показывает неожиданную связь между геологией Земли и живыми существами в реке.
Почему это важно?
До сих пор исследователи фокусировались на речных и наземных растениях как на основном способе получения рекой углерода. Наши исследования выявили удивительно важный способ, которым некоторые реки получают углерод — метан.
В глубоководных исследованиях этот путь изучен лучше. Бактерии, питающиеся метаном, могут стать основой целых экосистем, которые возникли вокруг глубоководных гидротермальных источников горячей воды.
Но до сих пор мы упускали из виду роль, которую могут играть бактерии, питающиеся метаном, в реках. Обладая этими знаниями, мы можем лучше отслеживать потоки углерода в реках, чтобы оценить продуктивность экосистемы и увидеть, как функционирует пищевая сеть.
