Биология

Бактерии и планктон влияют на образование облаков

Geraint Evans

Биологи из Цюриха проанализировали клетки бактерий Ruegeria pomeroyi и показали, что их обмен веществ определяет количество выделяемого газа, который участвует в формировании облаков. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications.

Еще 50 лет назад ученые предложили термин «эффект бабочки», означающий, что даже небольшие изменения начальных условий могут оказывать большое влияние на последующее развитие динамических систем. Однако пример с бабочкой, взмах крылышек которой может вызвать ураган на другом конце планеты, кажется чем-то невозможным, если понимать его буквально. Тем не менее новая работа биологов Швейцарской высшей технической школы показывает, что даже небольшие организмы, например бактерии, могут оказывать существенное влияние на макроскопические системы — в том числе на погоду.

Ученые анализировали микроорганизмы, которые питаются продуктами метаболизма морского фитопланктона — микроскопических водорослей и фотосинтезирующих бактерий, которые в совокупности производят больше кислорода, чем все растения. Истинными легкими Земли являются не леса, а океаны: около половины кислорода в атмосфере планеты производится там. Каждый год фитопланктон также производит более миллиарда тонн диметилсульфониопропионата (ДМСП) — вещества, которое выполняет роль осмолита, защищая клетку от различных стрессовых нагрузок.

«ДМСП удовлетворяет 95% потребности в сере у морских бактерий и 15% потребности в углероде, — говорит Черри Гао, ведущий автор исследования и сотрудник Швейцарской высшей технической школы Цюриха. — Чтобы превратить ДМСП в биомассу, бактерии могут использовать два различных метаболических пути. Если они деметилируют его, они используют как серу, так и углерод. Если микроорганизмы расщепляют его на несколько небольших молекул, они используют только углерод, в то время как сера выходит в атмосферу в форме диметилсульфида (ДМС). Именно ДМС создает типичный запах моря. Кроме того, это соединение играет ключевую роль в образовании облаков в качестве центра конденсации, на который "налипают" молекулы воды».

До сих пор ученые не понимали, что заставляет бактерии выбирать тот или иной путь метаболизма. Исследователи в новой работе генетически модифицировали морскую бактерию вида Ruegeria pomeroyi так, что она флуоресцировала в разных цветах в зависимости от используемого для расщепления ДМСП биохимического процесса. Это позволило исследователям показать, что при низких концентрациях ДМСП бактерии используют в основном деметилирование, в то время как при высоких концентрациях в несколько микромолей на литр доминирует расщепление.

Средняя концентрация ДМСП в морской воде составляет всего несколько наномолей на литр. В этих условиях использование расщепления незначительно сказывается на окружающей среде. Поэтому бактерии используют серу для своего роста, и образования облаков не происходит. Но там, где цветет фитопланктон, концентрация ДМСП может быть в тысячи раз выше. По-видимому, морские бактерии приспособились к такому неравномерному распределению этого соединения в морской воде. Если они растут в непосредственной близости от микроскопических водорослей, то начинают расщеплять ДМСП, образуя диметилсульфид и, как следствие, облака в атмосфере.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.