Использование новой экспериментальной методики показало, что океанический фитопланктон способен связывать существенно больше атмосферного азота (N2), чем предполагалось ранее. Старая методика недооценивала вклад, вносимый в биологическую фиксацию азота мелкими одиночными цианобактериями.
Океанический фитопланктон (совокупность микроскопических водорослей и цианобактерий, взвешенных в верхних слоях водной толщи) связывает в процессе фотосинтеза огромное количество углерода (в виде СО2) — примерно столько же, сколько вся наземная растительность. Возникает, однако, вопрос — что ограничивает дальнейшее развитие фитопланктона, а соответственно, еще большее потребление им СО2? Если мы посмотрим на карту распределения фитопланктона по акватории Мирового океана, то увидим, что районы его высокой концентрации занимают совсем небольшую площадь. Фактически — это прибрежные зоны (прежде всего в высоких и умеренных широтах) и районы апвеллинга (подъёма глубинных вод к поверхности). В центральных частях океана (а это области, где поверхностные воды хорошо освещаются и прогреваются) планктонных цианобактерий и водорослей на удивление мало.
Причины чрезвычайной бедности фитопланктоном обширнейших акваторий океана в общем понятны. Дело в том, что помимо углерода (которого в океане обычно везде хватает), и цианобактериям, и водорослям нужны и другие элементы, в частности, азот и фосфор, которых в пригодной для усвоения форме в поверхностных водах океана крайне мало. Фосфор поступает с континентов (с речным стоком и пылью), а также с поднимающимися к поверхности глубинными водами. Азот же может быть также взят непосредственно из воздуха, где его, как известно, очень много. Правда, к связыванию свободного азота (N2) способны только некоторые прокариоты (бактерии), так называемые «диазотрофы» (см.: diazotroph). Процесс усвоения ими атмосферного азота весьма энергозатратный, поскольку необходимо разорвать очень прочную тройную связь в молекуле N2. Кроме того, в состав нитрогеназы, важнейшего фермента, который отвечает за расщепление молекулы N2, входят молибден и железо, а это дефицитные в океане элементы.
Основные азотфиксирующие организмы океанического планктона — цианобактерии. Некоторые из них образуют большие колонии, как например Trichodesmium, другие (роль которых как важнейших продуцентов в океане до недавнего времени недооценивалась) представлены очень мелкими одиночными клетками. Наконец, есть и азотфиксирующие цианобактерии, являющиеся внутриклеточными симбионтами диатомовых водорослей.
Хотя в общих чертах процесс азотфиксации изучен хорошо, количественная оценка его результатов в масштабах биосферы, или даже только океана, далека от совершенства. В частности, анализ донных океанических отложений свидетельствует, что в течение по крайней мере трёх последних тысячелетий баланс азота был сбалансирован. Однако расчет составляющих современного азотного бюджета показывает, что его «доходная» часть (связывание атмосферного азота) заметно меньше «расходной» (выделение в атмосферу и накопление в донных отложениях).
Источник: http://elementy.ru/
