Аннотация:
В океане есть своего рода мельчайшие частицы, похожие на снежинки и постоянно падающие в морские глубины. Ученые называют их «Морским снегом». Это не настоящий лед и снег, а частицы, образовавшиеся из скопления мертвого планктона, экскрементов, слизи, минералов и другого органического мусора. Новое исследование показывает, что вязкость этих частиц может существенно влиять на способность океана поглощать и хранить углекислый газ, что дает важный ранее упускаемый ключ к пониманию климатической системы Земли.
Это исследование, проведенное исследователями из Океанографического института Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего и Университета Линкольна в Великобритании, было опубликовано в журнале Science 8 октября 2026 года. Исследование показало, что липкие частицы морского снега с меньшей вероятностью расщепляются бактериями и, следовательно, могут переносить больше углерода в глубины океана. Такие частицы могут переносить в глубины океана в шесть раз больше углерода, чем менее вязкие частицы.
Морской снег — важная часть углеродного цикла океана. На поверхности океана, куда может проникать солнечный свет, планктон поглощает углекислый газ посредством фотосинтеза и превращает его в органическое вещество. Когда эти организмы умирают или органический мусор объединяется с другими материалами, образуя частицы, они постепенно тонут, унося углерод с поверхности океана на глубину.
Некоторое количество углерода может оставаться в глубинах океана в течение сотен или даже тысяч лет, временно изолированное от атмосферы. Таким образом, океан стал важным естественным поглотителем углерода для Земли. Однако не весь морской снег в процессе погружения достигнет глубокого моря. Большое количество частиц расщепляется бактериями или повторно вступает в биологический круговорот на мелководье в морской воде, и лишь часть достигает достаточно глубоких вод, чтобы сохраняться там в течение длительного времени.
По оценкам исследователей, ежегодно более 10 миллиардов тонн углерода покидают поверхность океана через морской снег, но только около 2 миллиардов тонн в конечном итоге достигают глубин, где углерод может храниться в течение длительного периода времени. От чего зависит, сколько углерода морской снег может переносить через слой воды океана, всегда было важным вопросом в исследованиях углеродного цикла океана.
Это исследование было сосредоточено на физической структуре морского снега, особенно на его вязкости. Исследование показало, что частицы морского снега представляют собой не простые агломераты с однородными внутренними свойствами, а имеют сложную микроструктуру. Некоторые участки снаружи частиц относительно мягкие и имеют низкую вязкость, что облегчает прикрепление бактерий и начало разложения; внутренние части, которые более вязкие и обладают большим сопротивлением, образуют физический барьер, затрудняя быстрое проникновение бактерий.
Исследователи сравнили этот процесс с червем, поедающим яблоко: в более мягкую мякоть яблока легче проникнуть, а с более твердыми частями сложнее справиться. Бактерии могут начать с использования легко разлагающихся участков морского снега, но чтобы добраться до более липкой внутренней части, они должны постепенно разрушать его структуру. Именно эта разница заставляет разные частицы морского снега проявлять совершенно разные способности сохранять углерод в процессе погружения.
Чтобы выявить связь между бактериями и внутренней структурой морского снега, исследовательская группа разработала новый метод микроскопической визуализации. После многих лет попыток в 2025 году исследователи, наконец, найдут реальное техническое решение, объединив трехмерную конфокальную микроскопию со специальными флуоресцентными молекулами, чтобы отобразить сложную физическую структуру внутри морского снега и отслеживать активность отдельных живых бактерий внутри него.
Раньше, хотя учёным и удавалось наблюдать частицы морского снега и микроорганизмы на их поверхности, было трудно напрямую понять, как отдельные бактерии перемещаются, прикрепляются и разлагают органические вещества в слизеподобной микроскопической среде. Новая технология позволяет исследователям более четко наблюдать физические препятствия, с которыми сталкиваются бактерии, и предоставляет новые исследовательские инструменты для понимания того, как морские микроорганизмы перерабатывают органическое вещество.
Результаты экспериментов показывают, что липкому морскому снегу требуется больше времени, чтобы расщепиться бактериям. Исследовательская группа также использовала компьютерное моделирование, чтобы обнаружить, что такие частицы могут опускаться в более глубокие воды, прежде чем полностью распасться. Таким образом, липкость частиц влияет не только на то, насколько быстро бактерии могут использовать содержащееся в них органическое вещество, но и на то, сколько углерода ускользает от разложения на мелководье в морской воде и в конечном итоге достигает глубокого океана.
Это открытие может иметь важные последствия для прогнозов климата. Существующие модели углеродного цикла океана должны оценивать, сколько углерода может поглотить океан и как долго он может оставаться в океане. Если модель не сможет полностью учесть различия в вязкости и микроструктуре морского снега, она, возможно, не сможет точно предсказать долю органического углерода, который расщепляется в процессе погружения, что повлияет на оценку способности океана поглощать углерод.
Однако результаты исследования не означают, что накопление углерода в океане немедленно увеличится, и нельзя просто сделать вывод, что в результате глобальное потепление замедлится. На углеродный цикл океана влияет множество факторов, таких как продуктивность планктона, температура, микробная активность, поток морской воды и состав частиц. Роль вязкости морского снега требует дальнейшей количественной оценки на основе наблюдений в реальной морской среде.
По мнению исследователей, технология обработки изображений может найти применение и за пределами океана. Сложная микроскопическая среда, состоящая из слизи, также существует в коралловых рифах, лесах водорослей, корнях растений, а также в пищеварительном тракте человека и других животных. Слизь – это не простое однородное гелеобразное вещество. Его внутренняя часть может содержать неровности, полосы и участки различной вязкости. Эти структуры могут влиять на прикрепление, перемещение и выживание бактерий.
Непосредственно наблюдая за взаимодействием бактерий и структур слизи, ученые в будущем смогут глубже изучить такие вопросы, как восстановление коралловых рифов, взаимоотношения растений и микробов и микробную активность в организме человека.
Исследователи полагают, что, казалось бы, незаметные липкие частицы в океане на самом деле могут участвовать в регулировании важной части глобального углеродного цикла. Поскольку ученые постепенно раскрывают микроструктуру морского снега и его связь с бактериями, ожидается, что этот «снегопад», который продолжает опускаться с поверхности океана на морские глубины, поможет исследователям более точно понять механизм хранения углерода в океане и роль океана в глобальной климатической системе.
Комментарии