گرم‌شدن اقیانوس‌ها میکروبی را تهدید می‌کند که نزدیک به یک‌سوم اکسیژن زمین را تولید می‌کند

زمین بدون فتوسنتز، فرآیندی که از انرژی خورشید برای تأمین انرژی بیشتر شبکه‌های غذایی کره زمین استفاده می‌کند، چنین جای پرجنب‌وجوشی نبود.

به گزارش انتخاب و به نقل از sciencealert؛  گونه‌های مختلفی از گیاهان، جلبک‌ها و سایانوباکتری‌ها این خدمت را ارائه می‌کنند، اما هیچ‌کدام مانند Prochlorococcus عمل نمی‌کنند، که به‌عنوان فراوان‌ترین موجود فتوسنتزی زمین شناخته می‌شود. این میکروب دریایی بسیار کوچک حتی در مقایسه با سایر سایانوباکتری‌ها، تأثیر بسیار زیادی در زیستگاه خود و فراتر از آن دارد و نزدیک به یک‌سوم تولید اکسیژن کره زمین را تأمین کرده و پایه‌ای حیاتی برای شبکه‌های غذایی به‌شمار می‌رود.

با این حال، مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که Prochlorococcus و موجودات وابسته به آن ممکن است نسبت به افزایش دمای اقیانوس‌ها آسیب‌پذیرتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد باشند.

پراکندگی و اهمیت Prochlorococcus

این میکروب‌ها در بیش از ۷۵ درصد آب‌های سطحی نورگیر اقیانوس‌ها یافت می‌شوند و در اطراف مناطق گرمسیری بیشترین فراوانی را دارند، جایی که برای شرایط گرم و کم‌مواد مغذی سازگار شده‌اند.

فرانسوا ریبالت، اقیانوس‌شناس دانشگاه واشنگتن و نویسنده اصلی مطالعه، می‌گوید:

«در مناطق دور از ساحل در مناطق گرمسیری، آب‌ها به این رنگ آبی روشن و زیبا هستند، زیرا تقریباً هیچ موجود دیگری در آن‌ها نیست، جز Prochlorococcus.»

با توجه به این سازگاری با گرما، برخی کارشناسان فکر می‌کردند این میکروب با ادامه‌ی افزایش دمای اقیانوس‌ها ناشی از سوختن سوخت‌های فسیلی و کاهش جذب کربن، به خوبی کنار بیاید.

با این حال، مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد گرم‌تر بودن همیشه برای Prochlorococcus بهتر نیست.

محدوده‌ی دمایی ایده‌آل و تهدیدات ناشی از گرما

محدوده‌ی ایده‌آل این میکروب بین ۱۹ تا ۲۸ درجه سلسیوس است و پیش‌بینی می‌شود بسیاری از آب‌های گرمسیری و نیمه‌گرمسیری ظرف ۷۵ سال آینده از این حد بالایی فراتر روند.

ریبالت توضیح می‌دهد:

«مدت‌ها تصور می‌شد Prochlorococcus در آینده عملکرد خوبی خواهد داشت، اما در گرم‌ترین مناطق، وضعیت خوبی ندارد، که یعنی کربن کمتر و غذای کمتر برای سایر اعضای شبکه‌ی غذایی دریایی فراهم خواهد شد.»

مطالعه‌ی گسترده در زیستگاه طبیعی

بسیاری از داده‌های پیشین مربوط به سلول‌های کشت شده در آزمایشگاه بودند. بنابراین ریبالت و همکارانش داده‌های جدیدی از Prochlorococcus وحشی در زیستگاه طبیعی آن‌ها جمع‌آوری کردند.

در طول ۹۰ سفر پژوهشی طی ۱۳ سال، آن‌ها حدود ۸۰۰ میلیارد سلول هم‌اندازه‌ی Prochlorococcus را تحلیل کردند.

با استفاده از یک فلو سایتومتر مخصوص که ریبالت هم در توسعه آن مشارکت داشت، می‌توانستند این میکروب‌های کوچک فتوسنتزی را شناسایی کنند.

نتایج کلیدی

• نرخ تقسیم سلولی با عرض جغرافیایی تغییر می‌کرد و این به تغییر دما مرتبط بود، نه نور یا مواد مغذی.

• بهترین عملکرد میکروب‌ها در آب‌هایی با دمای ۱۹ تا ۲۸ درجه بود، اما کمی بالاتر از این محدوده مشکلات قابل توجهی داشتند.

• در آب‌های گرم‌تر از حدود ۳۰ درجه، نرخ تقسیم سلولی به یک‌سوم کاهش یافت. ریبالت می‌گوید: «دمای تحمل آن‌ها بسیار کمتر از آن چیزی است که تصور می‌کردیم.»

چالش‌های زیست‌محیطی

دریاهای گرمسیری به دلیل دمای بالا کم‌مواد مغذی هستند و این باعث محدود شدن چرخه‌ی عمودی مواد مغذی می‌شود. Prochlorococcus و دیگر سایانوباکتری‌ها با اندازه‌ی کوچک و ژنوم فشرده سازگار شده‌اند.

با این حال، حذف بخش‌های ژنتیکی اضافی ممکن است باعث از دست رفتن ژن‌های قدیمی مرتبط با پاسخ به استرس شود و مقاومت آن‌ها در برابر افزایش سریع دما را محدود کند.

این وضعیت ممکن است Synechococcus، گروه دیگر سایانوباکتری غالب در مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری، را تقویت کند. این میکروب‌ها گرمای بیشتری را تحمل می‌کنند اما به مواد مغذی بیشتری نیاز دارند. هنوز مشخص نیست اگر Prochlorococcus کاهش یابد، چگونه بر شبکه‌های غذایی اثر خواهد گذاشت.

پیش‌بینی‌ها تا پایان قرن

مطالعه نشان می‌دهد:

• تولید اکسیژن توسط Prochlorococcus تا پایان این قرن می‌تواند در مناطق گرمسیری ۱۷٪ کاهش یابد و در سناریوی شدیدتر ۵۱٪ کاهش.

• به‌طور جهانی، کاهش تولید می‌تواند ۱۰٪ در سناریوی متوسط و ۳۷٪ در سناریوی شدید باشد.

• محدوده‌ی جغرافیایی این میکروب‌ها به سمت قطب‌ها گسترش می‌یابد، اما ناپدید نمی‌شوند، بلکه زیستگاه آن‌ها جابه‌جا خواهد شد.

محدودیت‌ها و امیدواری‌ها

پژوهشگران به محدودیت‌هایی اشاره می‌کنند، از جمله روش‌هایی که ممکن است وجود گونه‌های مقاوم به گرما را مخفی کند. بسیاری از مناطق گرمسیری مهم هنوز بررسی نشده‌اند.

ریبالت می‌گوید: «اگر شواهد جدیدی از گونه‌های مقاوم به گرما پیدا شود، امیدواریم. این کشف می‌تواند نویدبخش بقا و پایداری این موجودات حیاتی باشد.»

این مطالعه در مجله‌ی Nature Microbiology منتشر شده است.