Кокколитофориды переживут любой климатический апокалипсис

Считается, что рост концентрации CO2 в атмосфере в целом должен оказывать угнетающее воздействие на морские организмы с известковым (кальцитовым) скелетом, такие как кораллы, фораминиферы и кокколитофориды. Растворяясь в воде, углекислый газ превращается в угольную кислоту (H2CO3), что повышает кислотность воды. В принципе, это должно повышать растворимость кальцита и негативно сказываться на организмах с кальцитовым скелетом. Однако в действительности всё гораздо сложнее, особенно когда речь идет об организмах, которые, подобно кокколитофоридам, не только образуют кальцитовый скелет, но еще и фотосинтезируют.

Угольная кислота, реагируя с ионами карбоната (CO32–) и молекулами воды, образует ионы гидрокарбоната (HCO3–). Снижение концентрации CO32– снижает величину насыщенности океана кальцитом (Ω-cal); если Ω-cal опускается ниже единицы, кальцит растворяется. С другой стороны, тот же самый процесс ведет к росту концентрации ионов гидрокарбоната, которые служат «строительным материалом» для построения кальцитового скелета кокколитофоридами:

    Ca2+ + 2HCO3– → CaCO3 + CO2 + H2O

Изъятие из воды CaCO3, идущего на построение скелета, ведет к снижению pH и стимулирует — через короткую цепочку причинно-следственных связей — обратный выход CO2 из океана в атмосферу. Добавим к этому фотосинтез, в ходе которого CO2 активно изымается из воды и включается в состав органических веществ. Не забудем и о том, что после смерти кокколитофориды тонут, причем массивный кальцитовый скелет может играть роль груза, и поэтому от его массы может зависеть скорость изъятия органического и неорганического углерода из верхних слоев воды. В итоге получается весьма запутанная система связей и взаимодействий, которую не так-то просто моделировать и прогнозировать. Особенно если учесть, что интенсивность как фотосинтеза, так и кальцификации (образования известковых скелетов) у разных организмов зависит не только от абиотических условий (pH, Ω-cal, концентрации CO2, CO32–, HCO3–, температуры, освещенности и т. д.), но и от генетических и физиологических особенностей.

Поэтому у науки до сих пор нет однозначных ответов на ряд весьма актуальных вопросов. Прежде всего хотелось бы знать, как реагируют — и как будут реагировать в будущем — морские организмы с известковым скелетом на продолжающийся рост концентрации CO2, и каким образом эта их реакция скажется на составе атмосферы и климате. Чтобы это понять, нужно прежде всего выяснить, как зависят процессы кальцификации и фотосинтеза от концентрации CO2 у наиболее массовых представителей фитопланктона, в первую очередь у кокколитофорид.

Большинство специалистов склонны считать, что рост концентрации CO2 должен снижать интенсивность кальцификации у морских организмов, в том числе у кокколитофорид. В ряде экспериментов на живых культурах кокколитофорид это предположение вроде бы подтвердилось. Однако группа океанологов и гидробиологов из Великобритании, Франции и США обратила внимание на то, что большинство таких экспериментов были проведены не совсем корректно: уровень pH в них регулировался путем добавления в воду небольших количеств кислоты или щелочи. Более реалистичную модель тех процессов, которые происходят в океане в наши дни и будут происходить в будущем в связи с ростом концентрации CO2, можно получить, пропуская через воду пузырьки углекислого газа.

Именно так и поступили исследователи. Они изучили рост клеток самого массового вида кокколитофорид Emiliania huxleyi при различных концентрациях растворенного CO2 — от существовавших до начала промышленной революции до тех, которые ожидаются к концу нынешнего века (примерно втрое более высоких).

Оказалось, что по мере роста концентрации CO2 кокколитофориды уверенно наращивают как производство биомассы (измерялось количество углерода, включенного в состав органического вещества клеток), так и кальцификацию (измерялось количество углерода, включенного в состав скелетов). Скорость роста клеток несколько снизилась, однако сами клетки стали крупнее, а скелеты массивнее.