Výzkumníci z Kodaňské univerzity v Dánsku odhalili podivný jev pod mořským ledem v Arktidě, který ukazuje na biologicky dynamičtější arktický oceán, než se dosud předpokládalo.
Tým publikoval svou studii v časopise „Communications Earth and Environment“, kde objevili nečekané společenství mikroorganismů schopných „fixovat“ dusík. To znamená, že tyto mikroorganismy dokáží převést inertní dusík rozpuštěný v mořské vodě na biologicky využitelný amoniak. Tyto organismy žijí pod silným arktickým ledem a podél jeho táním.
Tajný generátor dusíku pod ledem
Dusík tvoří přibližně 78 % zemské atmosféry, avšak rostliny, řasy a živočichové jej v této podobě využít nemohou. Tyto živé organismy se spoléhají na specializované mikroby zvané fixátory dusíku, které dovedou převést dusík na amoniak, jež vyživuje růstové procesy v celých ekosystémech.
Desítky let se předpokládalo, že existence takových primitivních forem života v temných a chladných podmínkách, jako je arktický led, je nemožná. Mělo se za to, že se omezují pouze na teplé tropické oceány, kde snížená úroveň kyslíku a dostatek světla podporují jejich životní funkce. Arktida, pokryta ledem a chladná, byla považována za oblast, kde je kyslík tak bohatý, že fixace dusíku nemá význam.
Mezinárodní tým vedený výzkumníky z Kodaňské univerzity, ve spolupráci s vědci z evropských institutů, odebral vzorky ze 13 lokalit po celém Severním ledovém oceánu a Eurasijské arktidě. Mezi těmito místy byly lokality s víceletým ledem a oblasti s táním mořského ledu.
Jejich měření odhalila aktivní fixaci dusíku v podledové vodě, přičemž obzvlášť vysoké míry fixace byly zaznamenány právě na okrajích ustupujícího ledu, kde maximální míra fixace vzrostla ze sub-detekovatelných hodnot na několik nanomolů dusíku na litr denně, což je spojeno s rozkvětem fytoplanktonů v těchto okrajových oblastech.
Neobvyklé mikroby plnící úkol
Nejvíce překvapujícím zjištěním této studie není jen místo fixace dusíku, ale i identita organizmů, které tuto funkci vykonávají. Většinou v oceánech na nízkých zeměpisných šířkách dominují sinice, což jsou mikroskopické bakterie provádějící fotosyntézu, ale v Arktidě nová studie zjistila, že fixaci provádí zcela odlišná skupina bakterií, která není modrozelená.
Tyto bakterie neprovádějí fotosyntézu, ale zdá se, že žijí z rozpuštěných organických látek uvolněných řasami a jinými organizmy, zatímco vracejí čerstvě fixovaný dusík zpět do vody. Genetické analýzy ukazují, že tyto komunity nedominuje sinice, přičemž nesou hlavní geny nezbytné pro fixaci dusíku. Rozložení těchto organismů se silně shoduje s místy, kde výzkumníci měřili fixaci v kolóně vody, což silně naznačuje, že jde o důležitý a dosud neznámý zdroj nového dusíku v arktickém oceánu.
Ústup ledu může znamenat nárůst řas
Ústup mořského ledu v Severním ledovém oceánu představuje ekologickou katastrofu, avšak paradoxně tání ledu může také podpořit růst řas, které jsou klíčem k potravním řetězcům Arktidy. Vědci měřili nejvyšší míru fixace dusíku právě na okraji ledu, kde dochází k intenzivnímu tání. I když bakterie jsou schopny fixovat dusík i pod ledem, tato činnost je pro ně snazší na jeho okrajích.
Jak se mořský led stahuje a zóna tání se rozšiřuje, očekává se, že do vody se dostane více dusíku skrze proces fixace dusíku. Severní ledový oceán je často omezen nedostatkem dusíku, neboť není k dispozici dostatek dusíku v použitelné formě na podporu plného růstu řas. Jakýkoliv dodatečný zdroj dusíku může podpořit primární produkci, což je fotosyntéza řas, jež tvoří základ potravního řetězce.
Protože nejvyšší míry fixace dusíku se odehrávají poblíž okrajů ledu, pokračující ústup mořského ledu v důsledku klimatického oteplování by mohl efektivně rozšířit oblast, ve které tyto mikroorganismy fungují. Jak se rozšiřuje sezónní zóna tání, může to přinést větší množství dusíku do povrchových vod prostřednictvím netoxických znečišťujících látek, což by podpořilo větší nebo déle trvající rozkvět řas. Řasy pak budou pohlcovat drobné zooplanktony, jako jsou drobní korýši, kteří se stanou potravou pro ryby a další predátory.
Potenciální nárůst absorpce uhlíku
Nárůst řas neznamená jen zvýšení potravinových zdrojů, ale také růst při absorpci uhlíku. Růst řas vede k absorpci oxidu uhličitého z atmosféry, a když se tato biomasa potopí do hloubek vody, může část tohoto uhlíku uchovat na dlouhou dobu daleko od atmosféry.
Výzkumníci upozorňují, že nově objevená fixace dusíku pod arktickým ledem, alespoň na regionální úrovni, může podpořit tuto biologickou pumpu uhlíku, přetvářející části teplejšího Severního ledového oceánu na silnější sklady uhlíku, než se dosud předpokládalo. Nicméně zdůrazňují, že arktické ekosystémy jsou složité, a zvýšený dusík a růst řas mohou interagovat s jinými procesy způsobem, který je těžké předvídat.
Nová studie patří mezi první, které kvantitativně určuje fixaci dusíku v podmínkách ústupu mořského ledu a mapuje rozložení non-cyanobakteriálních dusík fixujících mikroorganismů v Arktidě, čímž vykresluje obraz biologicky dynamičtějšího a méně nehostinného polárního oceánu, než se dosud myslelo.
