То, как диатомовые водоросли ответят на возрастающие уровни углекислого газа, все еще неизвестно. Новое исследование Вашингтонского университета и Института Сиэтла Системной биологии, изданной 15 июня по своей природе изменение климата, находит генетические способы, которыми общая разновидность диатомовой водоросли приспосабливается к внезапным и долгосрочным увеличениям углекислого газа.’Есть определенные гены, которые сразу же отвечают на изменение в CO2, но изменения в метаболизме на самом деле не происходит, пока Вы не даете диатомовым водорослям некоторое время, чтобы акклиматизироваться’, сказал первый автор Гвенн Хеннон, подводный докторант в океанографии.Понимание генетического оборудования для того, как диатомовые водоросли отвечают на возрастающий углекислый газ из-за горения ископаемого топлива, могло помочь предсказать будущее мировых океанов и определить то, что ролевые диатомовые водоросли могут играть в будущей атмосфере Земли.
Много наземных растений и другие фотосинтетические организмы становятся быстрее с большим количеством CO2. Удивительно, предыдущее исследование Хеннона показало, что на типичных питательных уровнях диатомовые водоросли просто отвечают ударом на удар и расслабляются.’Вместо того, чтобы использовать ту энергию от CO2, чтобы стать быстрее, они просто прекратили получать столько же энергии от света до фотосинтеза и выполнили меньше дыхания’, сказал Хеннон.
Новое исследование показывает, как и почему это происходит. Hennon вырастил общую разновидность диатомовой водоросли в лаборатории при условиях, которыми управляют, которые подражают общим океанским условиям, где рост диатомовой водоросли ограничен доступностью азота. В одном сценарии она постепенно увеличивала углекислый газ более чем четыре дня.
В другом сценарии она ухаживала за своими невидимыми обитателями аквариума в течение приблизительно месяца, разрешение приблизительно 15 поколений диатомовых водорослей приспособиться к CO2 выравнивает целых 800 частей за миллион, которого атмосфера Земли могла достигнуть к 2100.Когда CO2 внезапно пронзает, как это могло бы произойти во время внезапного изменения в океанском токе, эти диатомовые водоросли производят сигнальную молекулу, которая приводит в действие молекулярный каскад событий, уменьшая энергоемкие процессы, требуемые сконцентрировать углекислый газ.Главный фермент для фотосинтеза сначала развился в докембрийский период, почти 3 миллиарда лет назад, когда CO2 был чрезвычайно высок в нескольких тысячах частей за миллион.’Не было другого фермента, чтобы заменить его с тех пор, таким образом, у растений и морских водорослей, которые фотосинтезируют, есть фермент, который функционирует лучше в более высоком CO2level, чем, мы в настоящее время имеем’, сказал Хеннон.
Когда CO2 остается высоким в течение долгого времени, однако, диатомовые водоросли делают более радикальное метаболическое изменение. Они уменьшают фотосинтез и дыхание, чтобы уравновесить энергетический баланс клетки. Другими словами, диатомовые водоросли используют меньше энергии расти с той же самой скоростью. Диатомовые водоросли могли использовать существующую энергию света, чтобы стать быстрее, но только при отсутствии других ограничений на их рост.
‘Это действительно зависит от того, где это’, сказал Хеннон. ‘Есть много ситуаций в океанах, где диатомовые водоросли не могут стать быстрее, потому что они ограничены питательными веществами, такими как железо или азот’.Ведущий автор Джинджер Армбраст, подводный преподаватель океанографии, упорядочил полный геном диатомовой водоросли псевдобабушки Thalassiosira, используемой в этом исследовании в 2004. Новая бумага основывается на той работе, а также растущем генетическом знании других диатомовых водорослей.’Мы усилили результаты почти 100 различных общедоступных экспериментов, чтобы определить эти генетические ‘иголки в стоге сена’ и получить наши первые намеки относительно того, как диатомовые водоросли обнаруживают и отвечают на увеличивающиеся концентрации CO2′, сказал Армбраст.
Это то же самое генетическое оборудование существует в отдаленно связанных диатомовых водорослях, Хеннон сказал, предположив, что тот же самый ответ мог произойти во многих разновидностях, которые живут в реальных океанах.’Действительно захватывающе, когда Вы находите что-то в напряжении лаборатории, что Вы думаете, что могли бы быть в состоянии сделать вывод к другим диатомовым водорослям в области, и возможно даже другому фитопланктону’, сказал Хеннон.Будущее исследование может посмотреть на то, как генетическая перетасовка работает на другие разновидности и под различными условиями окружающей среды, а также как это соединяется с намного более медленным процессом генетической эволюции.
‘Мы хотим понять, как эти крошечные фотосинтетические рабочие лошади ответят на увеличивающиеся концентрации CO2 наших будущих океанов’, сказал Армбраст.