Учёные выяснили, как дефицит железа нарушает фотосинтез у океанических водорослей

Ежедневно перед рассветом команда исследовательского судна RRS Discovery опускает измерительный прибор в воды Южной Атлантики. Автор: Хешани Пупулеватте

Каждый второй ваш вдох возможен благодаря фотосинтезу океанических водорослей, который зависит от содержания железа в воде. Новое исследование Университета Рутгерса, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает детали этого жизненно важного процесса.

Железо является ключевым микроэлементом для морского фитопланктона — микроскопических водорослей, составляющих основу океанических пищевых цепочек. Оно попадает в океан с пылью из пустынь и засушливых регионов, а также с талыми водами ледников.

«Каждый второй ваш вдох содержит кислород, произведённый океаническим фитопланктоном», — пояснил Пол Фальковски, профессор Университета Рутгерса и соавтор исследования. «Наша работа показывает, что железо является лимитирующим фактором для производства кислорода водорослями в обширных регионах океана».

При дефиците железа фотосинтез — процесс преобразования световой энергии в химическую с выделением кислорода — замедляется или прекращается. Это ограничивает рост водорослей и снижает их способность поглощать углекислый газ из атмосферы.

По словам Фальковски, изменение климата уже влияет на океанические течения и уменьшает поступление железа в океан. Хотя людям пока не грозит нехватка кислорода, эти изменения могут серьёзно сказаться на морских экосистемах.

«Фитопланктон — основной источник пищи для криля, который, в свою очередь, кормит практически всех животных Южного океана: пингвинов, тюленей, моржей и китов», — отметил учёный. «Снижение уровня железа приведёт к сокращению популяций этих величественных созданий».

Хешани Пупулеватте (справа в жёлтой каске) собирает пробы воды для измерения электропроводности, температуры и глубины в Южной Атлантике. Автор: Бренди Робинсон / GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel

Хотя важность железа для фотосинтеза давно предполагалась, до сих пор этот процесс изучался преимущественно в лабораториях. Чтобы восполнить пробел, Хешани Пупулеватте, ведущий автор исследования, провела 37 дней в 2023-2024 годах на британском исследовательском судне, изучая пробы воды по маршруту от побережья Южной Африки до края льдов в море Уэдделла.

С помощью специальных флуориметров учёные измеряли флуоресценцию — показатель потерь энергии при нарушении фотосинтеза. Эксперименты показали, что дефицит железа приводит к «разъединению» до 25% светособирающих белков от энергопроизводящих центров, снижая эффективность фотосинтеза. Добавление железа восстанавливало эту связь.

«Мы впервые продемонстрировали влияние дефицита железа на фитопланктон непосредственно в океане, без лабораторных исследований», — заявила Пупулеватте. «Теперь мы понимаем, как именно ограничение железа приводит к потерям энергии».

Эти открытия помогут учёным точнее прогнозировать продуктивность океанов и глобальные углеродные циклы в условиях меняющегося климата.

Дополнительная информация: Heshani Pupulewatte et al, Coupling of excitation energy to photochemistry in natural marine phytoplankton communities under iron stress, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2511916122

Источник: Rutgers University