Морские травы способны запасать сахара в подводном грунте. Почему это открытие важно для экологии?

Ученые из Института морской микробиологии им. Макса Планка теперь сообщают, что морские водоросли выделяют в почву большое количество сахара, в основном в виде сахарозы — во всем мире более одного миллиона тонн сахарозы, чего достаточно для производства 32 миллиардов банок кока-колы.

Такие высокие концентрации сахара удивительны. Обычно микроорганизмы быстро потребляют любые свободные сахара в окружающей их среде. Ученые обнаружили, что морские водоросли выделяют фенольные соединения, которые удерживают большинство микроорганизмов от разложения сахарозы. Это гарантирует, что сахароза останется похороненной под лугами и не сможет быть преобразована в CO2 и возвращена в океан и атмосферу.

В отличие от водорослей, морские травы — это цветковые растения, которые освоили моря сравнительно недавно. Сейчас их сообщества вытянулись вдоль побережий, оказывают большое влияние на климат и, как выяснилось, к тому же выделяют в морской грунт колоссальные объемы сахарозы.

Растительный мир морей представлен не только древними и примитивными водорослями, но и так называемыми морскими травами. Сформированные этими растениями экосистемы много значат для климата, поскольку очень эффективно накапливают углерод. Один квадратный километр морских лугов сохраняет в себе вдвое больше углерода, чем та же площадь на суше, занятая лесами. К тому же морские луга образуют запасы этого ключевого элемента в 35 раз быстрее.

Именно морские луга привлекли внимание исследователей из Института морской микробиологии Макса Планка (Германия), которые посвятили им новую статью в Nature Ecology & Evolution. Ученые выяснили, что заросли морских трав выделяют очень много сахаров, главным образом — сахарозы, той самой, которую мы добавляем в кофе.

Сахара — один из классов органических (содержащих цепочки углерода) веществ, которые живые организмы активно используют, в том числе для запасания энергии. Она накапливается в так называемой ризосфере морских трав — по сути, в грунте, окружающем корни растений. Там концентрация сахарозы в 80 раз превышает максимальную из ранее описанных в морских экосистемах.

«Давайте оценим возможные перспективы: согласно нашим данным, ризосфера морских трав содержит в себе от 0,6 до 1,3 миллиона тонн сахаров, главным образом — сахарозы, — рассказал руководитель исследовательской группы Мануэль Либеке. — Это примерно соответствует количеству сахара, которое содержат 32 миллиарда банок колы».

На самом деле, это довольно странно. Как правило, органические вещества тут же используют бактерии и прочие микроорганизмы. Подобно людям, микробы любят сахар и употребляют его при первой возможности. Что же останавливает их в данном случае?

«Нам пришлось потратить на этот вопрос много времени, — поделилась Мэгги Согин (Maggie Sogin), которая возглавила коллектив. — Мы поняли, что морские травы, подобно многим другим растениям, выделяют в грунт фенольные соединения. <…> В экспериментах мы добавляли выделенные из морских трав фенолы к микроорганизмам, живущим в их ризосфере, и убедились, что скорость потребления сахарозы в этом случае намного меньше, чем в среде без фенолов».

Возникает вопрос: почему подводные растения производят сахар в столь огромных количествах, а потом еще выделяют его наружу? Дело в том, что если морские луга оказываются под очень интенсивным освещением и фотосинтез в них происходит слишком активно, то растения синтезируют больше сахара, чем могут использовать. От избытка они избавляются, просто выбрасывая в окружающую среду.

В то же время некоторые специализированные микроорганизмы научились расти в ризосфере морских лугов, несмотря на фенольные соединения. Такие микробы способны разрушать и сахара, и фенолы, а заодно выделять ценные для растений вещества, в том числе азот. Подобные взаимовыгодные отношения между растениями и микроорганизмами в их ризосфере детально изучены на суше, однако исследования такого симбиоза у морских трав только начинаются.

Неожиданный новый результат лишний раз подчеркивает важность морских лугов для стабильности климата и глобального цикла углерода.

Луга с водорослями являются одними из наиболее угрожаемых мест обитания на нашей планете.

«Глядя на то, сколько голубого углерода — то есть углерода, захваченного мировым океаном и прибрежными экосистемами — теряется при уничтожении сообществ морских водорослей, наше исследование ясно показывает: это не только сами водоросли, но и большое количество сахарозы под живыми водорослей, что приведет к потере накопленного углерода. Наши расчеты показывают, что если бы сахароза в ризосфере морских водорослей разлагалась микробами, в атмосферу во всем мире было бы выброшено не менее 1,54 миллиона тонн углекислого газа», — говорит Либеке. «Это примерно эквивалентно количеству углекислого газа, выбрасываемому 330 000 автомобилей в год».

Морские водоросли быстро сокращаются во всех океанах, и ежегодные потери, по оценкам, достигают 7% в некоторых местах, что сравнимо с потерей коралловых рифов и тропических лесов. Возможно, до трети морских водорослей в мире уже потеряно. «Мы знаем о водорослях не так много, как о наземных средах обитания», — подчеркивает Согин. «Наше исследование способствует нашему пониманию одной из самых важных прибрежных сред обитания на нашей планете и подчеркивает, насколько важно сохранить эти экосистемы с голубым углеродом».