Фитопланктон оказался ключевым игроком в долгосрочном хранении углерода в океане

Схематическая диаграмма технического маршрута исследования. Автор: Лу Чжэ и др.

Фитопланктон — микроскопические водоросли, составляющие основу океанических пищевых цепей — долгое время рассматривались как временные участники глобального углеродного цикла: они цветут, умирают, и содержащийся в них углерод быстро возвращается в экосистему.

Однако исследовательская группа под руководством профессора Вана Фамина из Южно-Китайского ботанического сада Китайской академии наук обнаружила, что эти крошечные организмы могут напрямую перекачивать «упрямый» углерод в океан, где он может сохраняться веками.

Прорывное исследование, опубликованное в Nature Communications, бросает вызов десятилетиям общепринятой научной мудрости о том, что большая часть углерода водорослей является короткоживущей.

Используя сверхвысокого разрешения масс-спектрометрию, команда проанализировала шесть основных групп фитопланктона и обнаружила, что более 10% их углеродного выхода принимает форму «рекальтрантного растворенного органического углерода» (RDOC) — пула органических молекул, который действует как долгосрочное углеродное хранилище в океане.

Исследование объяснило, что растворенный органический углерод (DOC), производимый фитопланктоном, следует двумя различными путями. Часть высвобождается как биодоступный DOC (BDOC), который быстро потребляется микроорганизмами, причем некоторые позже преобразуются в RDOC. Что особенно важно, исследование также подтвердило, что фитопланктон может секретировать RDOC напрямую.

Независимо от того, происходит ли он из микробной трансформации или прямого высвобождения, RDOC играет ключевую роль в долгосрочном накоплении морского пула DOC, что означает, что молекулярный состав углерода фитопланктона помогает регулировать размер и стабильность глобального резервуара DOC.

Кроме того, высокое видовое разнообразие фитопланктона и их короткие циклы роста-спада приводят к значительной изменчивости в том, как углерод используется различными таксонами и в разные сезоны роста. Эта изменчивость исторически затрудняла попытки картировать состав DOC, полученного из водорослей, и его роль в углеродном цикле.

Чтобы устранить этот пробел, команда объединила сверхвысокого разрешения масс-спектрометрию — технику, используемую для анализа детального молекулярного состава DOC, производимого фитопланктоном — со спутниковым дистанционным зондированием и моделями машинного обучения для создания глобального набора данных морского DOC.

Этот набор данных не только количественно оценил, как различные группы фитопланктона способствуют глобальной динамике морского DOC, но и выявил четкие различия в DOC, полученном из водорослей, в разных фазах роста. Например, анализ показал, что цветение фитопланктона в фазе роста производит значительно больше RDOC, чем в фазе спада.

Доктор Лу Чжэ из Южно-Китайского ботанического сада, первый автор исследования, подчеркнул практические последствия исследования: «С этим глобальным набором данных и нашими оптимизированными моделями оценки океанического DOC мы теперь можем четко и быстро предсказать, как увеличение продолжительности цветения фитопланктона или климатически обусловленные изменения в составе сообщества фитопланктона повлияют на будущую динамику резервуара DOC океана».

Больше информации: Zhe Lu et al, The role of phytoplankton in structuring global oceanic dissolved organic carbon pools, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63105-x

Источник: Chinese Academy of Sciences