Глубоководные микробы, которых считали вечно голодными, возможно, питаются гораздо лучше, чем предполагала наука. Исследователи из Университета Южной Дании выяснили: экстремальное давление на глубине 2–6 километров буквально выжимает питательные вещества из опускающихся частиц морского снега. Этот процесс работает как исполинская соковыжималка и снабжает микробов неожиданным источником пищи. Открытие заставляет пересмотреть не только представления о жизни в глубоком океане, но и модели углеродного цикла Земли.

Давление как гигантская соковыжималка

Морской снег — это крошечные комочки из мёртвых водорослей, микробов и другого органического материала, дрейфующие сквозь толщу воды. Пока они опускаются, давление растёт, и на определённой глубине начинает выдавливать из них растворённые органические вещества. «Давление действует почти как гигантская соковыжималка, — объясняет первый автор исследования, биолог и доцент Петер Штиф из исследовательских центров Nordcee и Danish Center for Hadal Research. — Оно выжимает растворённые органические соединения из частиц, и микробы могут использовать их немедленно».

Оценки учёных впечатляют: за время погружения морской снег теряет до 50% исходного углерода и от 58% до 63% исходного азота. Эти вещества не исчезают бесследно — они остаются в воде и становятся быстрой пищей для свободноживущих глубоководных микробов. Получается, что глубины океана вовсе не так бедны питанием, как считалось десятилетиями.

Лабораторный океан во вращающихся баках

Чтобы проверить гипотезу, команда воссоздала морской снег в лаборатории с помощью диатомовых водорослей — микроскопических водорослей, которые естественным образом слипаются в комки при погружении. Искусственные частицы поместили в специально сконструированные вращающиеся баки под давлением, которые удерживали их во взвешенном состоянии, не давая осесть. Такая установка позволила измерить, сколько углерода и азота утекает из частиц в условиях, близких к глубоководным.

Эксперименты показали: до половины углерода из частицы выходит наружу ещё до того, как она достигнет дна. Большая часть высвобожденного материала — белки и углеводы, которые глубоководные микробы охотно потребляют. Причём эффект наблюдался у нескольких видов диатомей, что намекает на универсальность механизма для всего Мирового океана.

Микробы реагируют мгновенно

Утечка питательных веществ не остаётся незамеченной. Уже через двое суток после начала эксперимента численность бактерий выросла в 30 раз, а скорость дыхания резко подскочила. Это значит, что растворённое органическое вещество из морского снега — быстрый и ценный источник энергии для микробов на больших глубинах.

Такая скорость реакции особенно важна: в среде, где ресурсы обычно скудны, любая доступная органика быстро подхватывается. По сути, глубоководные микробы живут в режиме «поймал — съел», и давление им в этом помогает.

Углеродный цикл под вопросом

Открытие имеет серьёзные последствия для понимания климатических процессов. Раньше учёные полагали, что значительная часть углерода, переносимого морским снегом, в конце концов захоранивается в донных отложениях. Если же большие объёмы углерода утекают из частиц ещё в толще воды, то в осадках его окажется меньше, чем считалось.

Вместо этого растворённый углерод остаётся взвешенным в глубинных водах на сотни и даже тысячи лет, прежде чем постепенно вернётся к поверхности и, возможно, в атмосферу. Для сравнения: углерод, попавший в донные отложения, может оставаться запертым миллионы лет. Именно так, кстати, сформировалась значительная часть нефти и природного газа, которые добывают сегодня.

«Этот процесс влияет на то, сколько углерода океан может хранить и как долго, — отмечает Петер Штиф. — Это важно для понимания климатических процессов и для улучшения будущих моделей».

Следующая остановка — Арктика

Лабораторные результаты впечатляют, но остаётся вопрос: работает ли этот механизм в реальном океане? Чтобы ответить, учёные планируют отправиться в экспедицию в Арктику на немецком исследовательском судне Polarstern. Они будут искать молекулярные следы процесса в поверхностных и глубинных водах. Если характерные маркеры найдутся в природе, это подтвердит, что выжимание питательных веществ давлением — повсеместное явление глубоководного мира.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances под названием «Hydrostatic pressure induces strong leakage of dissolved organic matter from 'marine snow' particles». Среди авторов — Петер Штиф, Ютта Ниггеманн, Марго Блай, Хаген Бук-Визе, Урбан Вюнш, Михаэль Штайнке, Ян-Хендрик Хееманн и Ронни Н. Глуд. Работу поддержали Датский национальный исследовательский фонд, программа Европейского союза Horizon 2020 и Независимый исследовательский фонд Дании.

Это открытие перекликается с другой находкой из мира глубоководной жизни: ранее мы писали о бактерии, которая живёт в полном одиночестве на глубине трёх километров в шахте Мпоненг, черпая энергию из радиоактивного распада. Та бактерия выживает без света и соседей — и заставляет иначе взглянуть на пределы жизни. Теперь выясняется, что даже в открытом океане на больших глубинах есть скрытые источники пищи, о которых мы не подозревали.

Если гипотеза подтвердится в полевых условиях, придётся пересматривать глобальные оценки: сколько углерода океан реально удерживает, как быстро он возвращается в атмосферу и как глубоководные экосистемы справляются без солнечного света. Возможно, глубины океана — не пустыня, а мир, живущий по своим, ещё не до конца понятым правилам.