Повышение температуры может превратить планктон в источники выбросов углерода
Ученые из Университета Дьюка и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре выявили петлю обратной связи с климатом, в которую вовлечены широко распространенные, но недооцененные микробы, такие как планктон, что может ускорить темпы изменения климата. Однако у этого открытия есть и положительная сторона: потенциальный знак раннего предупреждения, который может помочь нам подготовиться к переломному моменту.
Исследователи изучали микроскопические организмы, называемые миксотрофами. Эти универсальные организмы имеют два режима метаболизма, что позволяет им фотосинтезировать, как растения, или потреблять пищу, как животные, в зависимости от окружающей среды. Даниэль Вечински, постдокторант Дьюка и первый автор исследования, называет их "венерианскими мухоловками микробного мира".
Для демонстрации потенциального влияния этих крошечных организмов на глобальный климат группа исследователей использовала компьютерную модель. Исследователи обнаружили, что повышение температуры может заставить этих существ перейти от поглощения углекислого газа - мощного парникового газа - к его выделению. Этот сдвиг происходит в результате воздействия глобального потепления на их метаболизм.
Выделение углекислого газа может привести к повышению температуры, создавая опасную петлю положительной обратной связи. При таком сценарии незначительные степени потепления могут оказать непропорционально сильное воздействие, ускоряя изменение климата.
Жан П. Гиберт, старший автор исследования из Дьюка, подчеркнул роль миксотрофов в регулировании климата, несмотря на их отсутствие в большинстве моделей изменения климата. Миксотрофы в изобилии встречаются в океанах, озерах и влажных почвах, составляя значительную часть планктонных сообществ и экосистем торфяников.
Миксотрофы могут как захватывать, так и выделять углекислый газ, они как "переключатели", которые могут либо помочь уменьшить изменение климата, либо ухудшить его", - пояснила соавтор исследования Холли Мёллер, доцент Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
Для изучения того, как эти эффекты могут усилиться, была разработана математическая модель. Эта модель предсказала, как миксотрофы могут переходить от одного режима метаболизма к другому по мере глобального потепления.
Модель была запущена в диапазоне температур от 19 до 23 градусов Цельсия (66-73 градуса по Фаренгейту), в соответствии с прогнозируемым повышением глобальной температуры на 1,5 градуса Цельсия выше доиндустриального уровня в течение следующих пяти лет, с возможностью превысить 2-4 градуса к концу столетия.
Модель показала, что при повышении температуры миксотрофы, скорее всего, будут потреблять пищу, а не полагаться на фотосинтез, что приведет к дисбалансу в поглощении и выделении углерода. В конечном итоге это может привести к тому, что микробы пройдут переломный момент, превратившись из поглотителя углерода в его источник, и тем самым будут способствовать глобальному потеплению, а не смягчать его.
Ученые предупредили, что для возврата к этой критической точке потребуется значительное снижение температуры, более чем на один градус Цельсия, что подчеркивает серьезность ситуации.
Однако есть и проблеск надежды. Исследование предполагает, что, внимательно наблюдая за численностью миксотрофов, ученые смогут предвидеть этот критический переломный момент.
"Прямо перед переломным моментом их численность вдруг начинает дико колебаться", - сказал Вечинский. "Если бы вы вышли на природу и увидели резкое изменение от относительно стабильной численности к быстрым колебаниям, вы бы знали, что он наступает".
Дополнительным фактором, выявленным в ходе исследования, является загрязнение питательными веществами. Исследователи обнаружили, что повышенное содержание питательных веществ, таких как нитраты и фосфаты, выделяемых очистными сооружениями, фермами и газонами, может привести к исчезновению предупреждающих признаков быстрых колебаний, что позволит наступить переломному моменту без предупреждения.
