Край льда превращается в фабрику жизни: подо льдом запускается процесс, который меняет судьбу океана

Микробы начали фиксировать азот под морским льдом Арктики — Communications

В Арктике произошло открытие, которое меняет представление учёных о том, как работает жизнь под морским льдом. Северный Ледовитый океан стремительно теряет лёд, солнечный свет проникает глубже, а фитопланктон — основа всей пищевой сети — получает больше возможностей для роста. Но для полноценного "цветения" водорослям необходимо главное питательное вещество — азот. До недавнего времени считалось, что в суровых холодных условиях Арктики его почти негде взять. Новые данные показывают другой сценарий.

Почему азот так важен для Арктики

Фитопланктон в океане можно сравнить с миниатюрными "поварами", которые создают энергию для всей морской экосистемы. Для роста им нужен азот, и в Арктику он поступает с реками, атмосферными частицами и течениями из Атлантики и Тихого океана. Но этого недостаточно, поэтому учёные долгое время полагали, что арктические воды в целом бедны на первичную продукцию.

Раньше исследователи изучали источники азота преимущественно химическими и физическими методами. Теперь внимание сместилось на микробов — невидимых участников биогеохимических процессов. Некоторые из них перерабатывают аммиак через нитрификацию, делая азот доступным для водорослей. Но гораздо удивительнее оказалось то, что под льдом существует другой путь — фиксация атмосферного азота с участием особых микробов-диазотрофов.

"До сих пор считалось, что фиксация азота не может происходить подо льдом, поскольку условия для жизнедеятельности организмов, осуществляющих фиксацию азота, были слишком суровыми, — сказала ведущий автор исследования Лиза фон Фризен.

"Мы ошибались", — добавила Фризен.

Исследование под морским льдом: что нашли учёные

Международная научная группа изучила 12 станций в разных частях Арктики: районы с многолетним толстым льдом и зоны с тонким сезонным льдом. Они собрали данные о составе микробов, активности диазотрофов и скорости фиксации азота на разных этапах таяния.

Результаты удивили: фиксация азота происходила не только на границе льда и открытой воды, но и подо льдом — там, где этот процесс считался невозможным. Особенно активная фиксация наблюдалась в зоне таяния, где условия для микробов становятся более динамичными.

Учёные выяснили, что в Арктике "работают" не привычные для тёплых океанов цианобактерии, а другая группа организмов — нецианобактериальные диазотрофы (NCD). Их присутствие меняет понимание того, как создаётся питание для всей северной экосистемы.

Где фиксация азота максимальна

Внутри льда и под ним скорость фиксации была умеренной — от 0,4 до 2,5 нмоль азота на литр в день. Но у кромки льда, где начинается активное таяние, показатели резко увеличивались и достигали до 5,3 нмоль. Это происходило особенно ярко во время цветения фитопланктона.

"Это может означать, что потенциал производства водорослей также был недооценён, поскольку из-за изменения климата площадь морского льда продолжает сокращаться", — добавил фон Фризен.

Если диазотрофы будут обеспечивать Арктику дополнительным азотом, экосистемы региона получат больше ресурсов для роста. Это затрагивает всю пищевую цепочку — от планктона до рыб, птиц и морских млекопитающих.

Может ли это снизить уровень CO₂

Азот способствует росту водорослей, а они поглощают CO₂ во время фотосинтеза. Больше водорослей — больше углерода уходит в биомассу, а значит, океан лучше удерживает CO₂.

"Для климата и окружающей среды это, скорее всего, хорошая новость. Если производство водорослей увеличится, Северный Ледовитый океан будет поглощать больше CO₂, потому что больше CO₂ будет связано с биомассой водорослей" — отметил старший автор исследования Лассе Риманн.

Но биологические системы очень сложны, поэтому трудно делать точные прогнозы, ведь другие механизмы могут действовать в противоположном направлении.

Исследование опубликовано в Communications Earth & Environment.

Сравнение источников азота в Арктике

Источник	Принцип поступления	Сильные стороны	Ограничения
Речные стоки	Питательные вещества с суши	Обогащают мелководные зоны	Неравномерность по сезонам
Атмосферные осадки	Пыль и аэрозоли	Доступны круглый год	Малые объёмы
Океанические течения	Атлантическая и Тихоокеанская вода	Стратегические объёмы	Медленные изменения
Нитрификация	Микробное преобразование аммиака	Локальная доступность азота	Зависит от микробных условий
Фиксация азота (NCD)	Преобразование N₂ в аммоний	Новый мощный источник	Малоизученный процесс

Советы шаг за шагом

Использовать генетические методы, чтобы определять активность различных типов диазотрофов.
Сравнивать зоны толстого и тонкого льда, чтобы отслеживать влияние таяния.
Измерять скорость фиксации азота параллельно с первичной продукцией водорослей.
Применять подлёдные датчики для оценки микробной активности.
Постоянно обновлять модели климата на основе полевых данных.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Игнорировать NCD в моделях Арктики. → Занижение темпов роста фитопланктона. → Добавлять данные о диазотрофах.
Оценивать азот только по химическим источникам. → Неверная картина экосистемы. → Учитывать микробные процессы.
Считать подлёдные воды "мёртвыми". → Ошибки в прогнозах продуктивности. → Включать зоны таяния в наблюдения.

А что если фиксация азота будет усиливаться по мере таяния морского льда

Тогда Арктика может стать регионом с более высокой первичной продукцией: водоросли будут расти активнее, обеспечивая пищей большее число морских организмов и усиливая поглощение CO₂. Это может изменить экосистемы, торговые маршруты, распределение рыб и будущее северных морей.

Плюсы и минусы нового открытия

Плюсы	Минусы
Новый источник азота	Мало данных о долгосрочных процессах
Потенциальный рост фитопланктона	Риск непредсказуемых экосистемных реакций
Повышенное поглощение CO₂	Зависимость от климата
Поддержка пищевой цепи	Сложность моделирования

FAQ

Как учёные измеряют фиксацию азота?
С помощью изотопных меток и анализа микробной активности.

Будет ли больше рыбы в Арктике?
Если продуктивность воды повысится, пищевых ресурсов станет больше.

Почему процесс раньше считался невозможным?
Слишком низкие температуры и недостаток питательных веществ казались непреодолимыми барьерами.

Мифы и правда

Миф: под арктическим льдом жизнь почти отсутствует.
Правда: микробные сообщества активны даже в сложных условиях.

Миф: только цианобактерии фиксируют азот.
Правда: NCD оказались способными делать это в Арктике.

Миф: таяние льда всегда ведёт к снижению продуктивности.
Правда: в ряде случаев зоны таяния становятся центрами роста фитопланктона.

Сон и психология

Когда наука показывает, что даже самые суровые экосистемы способны к восстановлению, это снижает тревожность, связанную с климатом, и помогает воспринимать будущее более оптимистично. Осознание того, что природа обладает скрытыми резервами устойчивости, повышает психологическую устойчивость к экологическим новостям.

Три интересных факта

Некоторые диазотрофы активны при температурах близких к нулю.
Площадь арктического льда сокращается около 13% за десятилетие.
Фитопланктон производит до 50% кислорода на планете.

Исторический контекст

XX век — первые исследования микробов, фиксирующих азот.
2000-е — признание роли цианобактерий в океанах.
2020-е — открытие фиксации азота под арктическим льдом.

Эти данные меняют представление учёных о том, как устроена жизнь в холодных морях. Исследование, опубликованное в Communications Earth & Environment, показывает, что Арктика может оказаться куда продуктивнее, чем предполагали ранее.