Там, где должна быть пустыня, кипит жизнь: под арктическим льдом обнаружен скрытый двигатель климата

Микробы под арктическим льдом играют ключевую роль в углеродном цикле — Science&Vie

Арктика, долгое время считавшаяся малопродуктивным и пустынным регионом, скрывает в своих водах неожиданные и важные процессы, которые могут существенно изменить наше понимание климатических изменений.

Под арктическим льдом, в условиях, где раньше не ожидали увидеть признаки активной жизни, происходит невероятно важный для глобальной экосистемы процесс. Микроорганизмы, обнаруженные в этих холодных водах, играют ключевую роль в круговороте углерода и азота, влияя на климат планеты. Об этом сообщает Science&Vie.

Скрытая жизнь под арктическим льдом

Долгое время Арктика считалась "биологической пустыней". В этом суровом регионе, где ледяной холод и отсутствие солнечного света ограничивают возможности для жизни, считалось, что биологические цепи питания едва поддерживаются минимальным набором организмов. Однако последние экспедиции, направленные на исследование региона, показали совершенно другую картину.

Как только льды начали сокращаться, поступление света в океан увеличилось, что открыло новые возможности для жизни. В результате этого изменения органическое вещество, которое служит основным источником питания для многих микробных сообществ, стало поступать в океан в больших количествах. Это привело к неожиданной активизации жизни, которая была скрыта под многолетним льдом.

Открытие новых видов микробов

Одним из самых удивительных открытий стали диазотрофы — микроорганизмы, которые способны фиксировать атмосферный азот, превращая его в форму, доступную для морской жизни. Эти бактерии играют важную роль в экосистемах океанов, поскольку азот является важнейшим элементом для роста растений и планктона. Ранее такие процессы связывались исключительно с теплыми морями, где микробы могли эффективно функционировать в условиях света и тепла. Однако новое исследование показывает, что даже под многолетним льдом в арктических водах азотфиксирующие бактерии сохраняют высокую активность.

Команда датских и немецких учёных обнаружила, что микробы, не относящиеся к цианобактериям, могут работать в условиях почти полного мрака, используя минимальное количество энергии. Исследования на суднах Polarstern и Oden подтвердили, что эти микробы способны эффективно работать в условиях, где ранее жизнь считалась невозможной. В этих регионах океан скрывает огромный, но до сих пор недооценённый биологический потенциал, который может изменить наше понимание о жизни в экстремальных условиях.

Роль азота в углеродном цикле и его значение для экосистемы

Исследования показывают, насколько сложны взаимосвязи в океанической экосистеме и как азот, фиксируемый микробами, влияет на климатические процессы. Согласно новым данным, опубликованным в 2025 году, концентрация фиксируемого азота в разных частях Северного Ледовитого океана может достигать 5,3 наномоля на литр в сутки, что приближается к уровням активности, характерным для умеренных широт. Этот азот играет ключевую роль в поддержании жизни в экосистеме.

Полученный азот используется водорослями, которые превращают его в биомассу. В свою очередь, водоросли служат источником пищи для планктонных организмов, которые становятся основой для рыб, а затем для более крупных животных и птиц. Этот процесс поддерживает целую пирамиду живых существ, начиная от микроскопических организмов и заканчивая более крупными животными.

Арктический "поглотитель углерода"

Один из самых важных эффектов этого процесса — создание арктического "поглотителя углерода". Весь процесс фиксации азота и роста планктона способствует поглощению углекислого газа из атмосферы. В результате формируется естественный механизм, который помогает смягчать последствия глобального потепления. Когда арктические воды усиливают свою биологическую активность, экосистема начинает поглощать больше углерода, снижая его концентрацию в атмосфере и уменьшая темпы изменения климата.

Однако эта система не является абсолютно стабильной. Таяние льдов, вызванное глобальным потеплением, изменяет солёность вод, что приводит к перемещению питательных веществ и изменению структуры водных масс. Это может существенно повлиять на экологическое равновесие и привести к нарушениям в пищевых цепочках.

Хрупкость экосистемы и влияние изменений климата

Хотя экосистема Арктики помогает смягчить последствия изменения климата, она остаётся крайне хрупкой. Таяние льдов нарушает баланс экосистемы, увеличивая влияние изменений температуры и солёности на морские организмы. Вода, которая постепенно теряет свою стабильность, влияет на распределение питательных веществ и количество доступной пищи для микробных сообществ.

Некоторые виды бактерий начинают доминировать в этих новых условиях, перерабатывая органическое вещество быстрее других. Это приводит к нарушению химического баланса и может повлиять на жизнеспособность других организмов, способных фиксировать азот.

Роль микробов в изменении экосистемы

Как показали исследования, микробы становятся не только источником жизни, но и индикатором того, как изменяется климат в арктических водах. Их активность и роль в углеродном и азотном цикле становятся ключевыми для понимания того, как эти изменения могут повлиять на глобальную экосистему. Научные исследования показали, что микроорганизмы, функционирующие в таких экстремальных условиях, могут предоставить важную информацию о том, как быстро изменяется климат и как это сказывается на морской жизни.

Сравнение с другими регионами и важность данных

Новые данные о микробной активности в Арктике ставят её в один ряд с другими важными экосистемами, такими как экосистемы в умеренных широтах, где фиксация азота и углерода также является важным процессом для поддержания жизни.

Арктические исследования, однако, имеют свою уникальность. Процесс изменения климата здесь происходит быстрее, и изучение изменений в таких чувствительных экосистемах может дать более точное представление о том, как глобальные изменения происходят в других регионах мира.

Плюсы и минусы изучения Арктики

Как и в случае с другими экосистемами, исследование Арктики имеет свои плюсы и минусы.

Преимущества:

Получение уникальных данных о микробной жизни в экстремальных условиях;
Возможность понять роль Арктики в глобальном углеродном цикле;
Разработка новых подходов к смягчению последствий изменения климата.

Недостатки:

Сложность и дороговизна исследований в таких удалённых и труднодоступных местах;
Ограниченные данные из-за экстремальных условий и короткого времени полевых исследований;
Возможные ошибки в интерпретации данных из-за нестабильности экосистемы.

Советы для учёных и исследователей

Для учёных, исследующих Арктику, важно учитывать как глобальные изменения климата, так и локальные факторы, влияющие на микробные сообщества. Рекомендуется:

Продолжать мониторинг экосистем в реальном времени, чтобы учесть изменения в питательных веществах и микробной активности;
Использовать мультидисциплинарный подход, включая экологию, климатологию и микробиологию, для комплексного анализа данных;
Вовлекать местные сообщества и международные научные организации для более глубокого понимания изменений в регионе.