Еволюційне пристосування: водорість не боїться зміни клімату

У попередньому матеріалі ми розглядали як акулам важко пристосовуватися до води, перенасиченій вуглекислим газом. На відміну від акул, найважливіша одноклітинна водорість вапнякових відкладів Світового океану здатна пристосуватися одночасно до температур води, які підвищуються, і до окислення океану.

Пристосування – це вже півуспіху, принаймні з еволюційної точки зору. Зміни в природніх оселищах, наприклад внаслідок зміни клімату, створюють великі проблеми багатьом організмам . Як дізналися дослідники з центру імені Гельмгольца GEOMAR у Кілі, який займається дослідженням океану, водорість вапнякових відкладів Emiliania huxleyi володіє чудовою здатністю пристосовуватися одночасно до окислення океану і температур води, що підвищуються .

Своїм дослідженням в «Nature Climate Change» вчені змогли спростувати поширене припущення, начебто еволюційні пристосування до цих обох аспектів зміни клімату заважають одне одному.

Продуктивне пристосування

Emiliania huxley – це ключовий вид у морській екосистемі . Водорості вапнякових відкладів цього виду мають частку майже 50% у ролі біологічного насосу вуглекислого газу морів і виробляють третину морської продукції кальцію карбонату . Отож, впливи зміни клімату на цю систему мають велике значення.

Базою довготривалого дослідження була єдина клітина Emiliania huxleyi з Рауне-фіорду в Норвегії. Оскільки ця водорість у лабораторії приблизно один раз на день розмножується діленням, з ізоляту брали численні генетично ідентичні культури. Для дослідження брали по п’ять культур при контрольних умовах (15 градусів Цельсія) і за підвищеної температури води (26 градусів Цельсія) та піддавали одній із трьох різних концентрацій діоксиду вуглецю (CO2): контрольному значенню із сьогоднішніми умовами, умовам, які можуть бути досягнуті укінці цього століття після критичних підрахунків МГЕЗК (Міжурядова група експертів з питань змін клімату), і максимально можливому ступеню окислення.

Після року і приблизно 460 генерацій водоростей дослідники перевірили, як ті, що пристосувалися, у порівнянні до контрольних популяцій за п’ятиденний проміжок часу реагували на високу температуру. Результат: пристосовані популяції виросли при температурі 26 градусів значно швидше, ніж непристосовані – незалежно від вмісту діоксиду вуглецю в воді . Пристосовані культури частково виробляли за високих температур навіть більше нової біомаси і майже вдвоє більше вапнякових пластин, ніж контрольна група.

Корисні мутації

У ході часткового експерименту вчені прийшли до приголомшливого висновку, що культури, які впродовж року зазнали одночасно найвищих позначок діоксиду вуглецю і найвищих температур, найшвидше налаштувалися на вищі температури . «За декілька сотень генерацій очевидно проклали собі дорогу ті нові мутації, які одночасно сприяли перевагам щодо окислення океану і потепління», зробив висновок Лотар Шлютер (Lothar Schlüter), першоавтор дослідження.

Одноклітинні водорості вапнякових відкладів, як Emiliania huxleyi, відіграють важливу роль у транспорті вуглецю в глибини океану . Тому після фази пристосування дослідники осмислили також співвідношення неорганічних вапнякових пластин до органічного вуглецю в клітинах: воно майже співпало з контрольною популяцією при сьогоднішніх океанічних умовах.

Функція зберігається

«Це означає, що шляхом еволюції пристосовані водорості вапнякових відкладів і надалі досягатимуть такого самого ефекту баласту, як первісні ізольовані культури при сьогоднішніх умовах : отож, після свого відмирання чи у вигляді відходів вони транспортують вуглець у глибини океану, де він надовго зберігається». Функція океану як стоку вуглецю, який пом’якшує наслідки зміни клімату, залишається таким чином збереженою.

Результати, досягнуті в лабораторії, зараз включені в біогеохімічну модель для розрахунку продуктивності океану майбутнього і меж відкладення вуглецю.