Загрузить:    Word    PDF

Диметилсульфид из морских водорослей

Воздействие климата на фитопланктон и экосистему океана

1. Море - это не только огромная водная поверхность, но также полна жизни, и в постоянного взаимодействия с воздухом стихия. Фото: Том Белл

Растения океана и их запахи

Мы знаем, что деревья для роста поглощают углекислый газ, и что они источают определенный запах, запах леса. Когда деревья пахнут, они выпускают органические соединения. Растения в океане делают то же самое. Они поглощают углекислый газ, и вы чувствуете на побережье запах моря. Конечно, вы чувствуете не запах воды, а некоторые газы, источаемые водными растениями.
 

Один из таких газов – органическое вещество диметилсульфид (DMS), испускаемый  одноклеточными морскими водорослями, плавающими среди  многих подобных, в морской воде. Мы называем эти морские водоросли "фитопланктоном". В море имеется большое разнообразие видов  фитопланктона. Организмы часто принадлежат к группам: "диатомовых водорослей" или "динофлагеллятов".

Если вам захотелось бы увидеть другие организмы фитопланктона, пожалуйста откройте вебсайт , где представлены эти снимки.
 http://www.marbot.gu.se/sss/SSShome.htm

  Click here!

Считается, что в океанах имеется в1000 раз меньше биомассы, чем на суше. Фитопланктон живет только одну неделю, затем отмирает. Падая в глубину моря, создает там питательные вещества, если только они не будут съедены  бактериями. Из-за быстрого жизненного цикла фитопланктона, в океанах, как и на суше, уже через год формируется много органического материала.
 

Группа исследователей профессора Лисса в Университете Восточной Англии, партнера ACCENT, с 1984 года измеряла количество DMS в океане. Зачем? Нам известно, что фитопланктон – основной компонент пищевой цепочки в океане. Но при чем здесь DMS? Ученые-климатологи полагают, что этот газ, произведенный фитопланктоном, является одним из самых важных содержащих серу газов в нашей атмосфере. В воздухе этот газ окисляется и формирует частицы, состоящие, прежде всего, из серной кислоты. Частицы вносят свой вклад в кислотность атмосферы и способствуют образованию облаков над океаном (см. Контекст). Формирование облаков и их влияние на радиацию, излучаемую Солнцем и возвращающуюся с Земли, очень важно для регулирования нашего климата.
 

Таблица: Глобальный вклад серы в атмосферу, по наблюдениям Рафела Симо (2001 г.)

В настоящее время человек своей деятельностью эмиссирует в атмосферу больше соединений, содержащих серу, чем природа. Но DMS из океана все еще вносит больший вклад в содержание серы в атмосфер, и остается там в течение более длительного времени, чем от человеческой деятельности.

Источник	Глобальная эмиссия S [тeраграммы S в год] (среднее, диапазон)	Доля эмиссии [%]	Доля в сульфатов [%]
Искусственный	70 (60-100)	70	37
Вулканический	7 (4-16)	7	18
Биогенный	22 (15-50)	23	42

> 90 % биогенной эмиссии – DMS из океана
 

Может ли фитопланктон регулировать климат?

Согласно теориям Дарвина о мутации и селекции, разновидность особи сохраняется в долгосрочной перспективе, если влияние окружающей среды является благосклонным для ее выживания и неблагосклонным для ее конкурентов. Исследовав важность воздействия эмиссии DMS на нашу систему климата, ученые полагают, что фитопланктон испускает DMS для регулирования климата в океане для своей же пользы (CLAW- теория).
 

Так как люди своей деятельностью также изменяют климат (глобальное потепление воздуха и моря) и условия жизни в океанах (например, нарушение питательной среды организмов), обратная связь фитопланктона и циклов DMS имеет большой интерес. Это явление было изучено в более чем 150 исследовательских экспедициях, а результаты были опубликованы в более чем 1000 статьях.

Таблица:
Пример протокола проб CTD. По данным глубины, света, а также по состоянию организмов в бутылках, мы можем узнать об их условиях жизни. Количество света, проникающего через воду к определенной глубине, показывает, насколько биологически активной является вода и сколько частиц она содержит. 0,1 % света в прибрежных районах может наблюдаться и на меньшей глубине.

Что мы теперь знаем?

Теперь мы понимаем, что механизмы пищевой цепочки в море более сложны. DMS в атмосфере, как сейчас полагают, имеет воздействие на климат, а климат, вероятно, в свою очередь, влияет на рост фитопланктона. Однако, ситуация не столь проста, как показано ниже в схеме 1. Фитопланктон не испускает DMS непосредственно. Он испускает соединение – диметилсульфониопропионат (DMSP), который не переходит в воздух и, при определенных условиях, химически преобразовывается в DMS. DMSP служит сигналом морским особям для коммуникации и играет роль в их осморегуляции (мешает их клеткам разрушаться из-за изменения солености океанских вод.). Не только фитопланктон, но также и бактерии, играют роль в регулировании эмиссии DMSP и преобразования в DMS после отмирания клеток фитопланктона. 
Действительность более сложна, чем предполагала первая гипотеза CLAW. Различные особи фитопланктона реагируют по-разному на свет и температурные изменения, и не все из них производят те же самые количества DMSP.
 

Теперь можно сказать, что многие части пищевой цепочки в океанах и их взаимодействия нам были бы понятны, если можно было точно объяснить, как живые организмы в океанах взаимодействуют с системой климата. Полезно знать это по многим причинам: люди своей деятельностью согревают океаны, изменяют их питательный состав, в особенности у берегов, добавляют углекислый газ в атмосферу, который окисляет океаны (углекислота), также добавляют серу в воздух больше, чем естественная эмиссия фитопланктона и выбросы вулканов вместе взятые. У нас даже были идеи о корме фитопланктона в океанах, чтобы заставить его расти и поглощать больше углекислого газа для уменьшения парникового эффекта.
Мы видим, что во взоимодействии морской флоры и фауны существуют очень сложные циклы обратной связи, которые имеют последствия не только для мельчайших организмов и рыбы в море, но также и для нашего климата.
 

Автор: Элмар Ухерек – Институт Химии Макса Планка, Майнц
Рецензент: Том Белл - Университет Восточной Англии, Норидж