Океанические бактерии играют огромную роль в регулировании климата

Исследование, проведенное доктором Беном Темпертоном из Эксетерского университета и международной командой ученых, показало, что бактерии рода Pelagibacterales, которые считаются одними из наиболее распространенных организмов на Земле (до полутора миллионов микробных клеток в каждой чайной ложке морской воды), оказывают большое влияние на стабилизацию земной атмосферы.

Ученые впервые обнаружили, что Pelagibacterales могут быть вероятным источником производства диметилсульфида (DMS), который, как известно, стимулирует образование облаков над океаном. Ученые-климатологи считают, что этот газ является одним из самых важных содержащих серу газов в нашей атмосфере — в воздухе он окисляется и формирует частицы, состоящие, в основном, из серной кислоты. Частицы влияют на кислотность атмосферы, способствуя образованию облаков.

Также с этими бактериями связана теория об отрицательной обратной связи — гипотеза CLAW. Согласно этой гипотезе, температура атмосферы Земли стабилизируется при помощи отрицательной обратной связи, когда солнечный свет влияет на рост фитопланктона, который, в свою очередь, испускает соединение диметилсульфониопропионат (DMSP). Это соединение не переходит в воздух — при определенных условиях, при помощи бактерий, оно химически преобразовывается в диметилсульфид. В ходе некоторых химических процессов диметилсульфид приводит к образованию облаков, что ведет к тому, что меньше солнечного света достигает поверхности океана.

Эти последние данные показывают значимость Pelagibacterales в этом процессе и открывают путь для дальнейших исследований. По словам доктора Темпертона, данное исследование демонстрирует важную роль бактерий Pelagibacterales в поддержании устойчивости климата. Если в дальнейшем модель влияния диметилсульфида на климат будет меняться, необходимо будет учитывать эти бактерии как главного участника процесса. В исследовании также были выявлены новые данные о способе, которым Pelagibacterales производят диметилсульфид — Темпертон охарактеризовал его как «простой и элегантный». Эти организмы не имеют генетически регулируемых механизмов, найденных у большинства бактерий. У них одни из самых маленьких геномов из всех живых организмов, потому что маленькие геномы требуют меньше ресурсов для воспроизводства.

Механизм производства диметилсульфида этими бактериями схож с механизмом клапана сброса давления. Когда DMSP для этих бактерий слишком много, в ходе метаболического процесса в качестве отхода генерируется диметилсульфид. Этот «клапан» всегда включен, но он начинает действовать тогда, когда концентрация DMSP превышает определенный порог. Кинетическое регулирование — не редкость у бактерий, однако ученые впервые наблюдали его участие в таком важном биогеохимическом процессе.

Доктр Джонатан Тодд из Школы биологических наук Университета Восточной Англии отметил, что эти типы океанических бактерий являются наиболее раоспространенными организмами на Земле — их численность достигает 1,5 млн микробных клеток в каждой чайной ложке морской воды. Ученые изучили их на молекулярно-генетическом уровне, чтобы выяснить, как именно они генерирует газ диметилсульфид. Исследование в итоге показало, как диметилсульфониопропионат, который производится в больших количествах морским планктоном, преобразовывается в диметилсульфид крошечными морскими организмами Pelagibacterales.

По словам доктора Эмили Фаулер из Школы биологических наук Университета Восточной Англии, Pelagibacterales производят диметилсульфид при помощи ранее неизвестного фермента — исследователи обнаружили, что тот же фермент присутствует в других распространенных морских видах бактерий. Скорее всего, это означает, что ранее ученые недооценивали вклад микробов в производство столь важного газа.