Морской планктон, основа пищевых цепочек и регулятор климата, адаптировал состав клеточных мембран к условиям окружающей среды. Глобальное исследование выявило, какие изменения происходили в разных регионах Мирового океана. В холодных водах планктон использовал более короткие жирные кислоты, а в теплых — переходил на липиды без фосфора.
Фитопланктон / © Credit: Pixabay/CC0 Public Domain
Клеточные мембраны планктона состоят из липидов, которые обеспечивают гибкость и защиту. Состав этих молекул влияет на выживание организмов при изменении температуры, освещенности и доступности питательных веществ. Лабораторные эксперименты давно показали, что планктон может менять структуру липидов, но как это происходит в реальном океане, оставалось не раскрытым.
Ранее исследования фокусировались на известных липидах, игнорируя неизученные молекулы. Новый подход позволил анализировать все типы липидов, включая те, чья структура пока не определена. Это помогло понять, как планктон адаптируется к экстремальным условиям — от полярных вод до тропических глубин.
Ученые из Центра морских исследований Бременского университета и Вудсхолского океанографического института проанализировали данные о липидах планктона, собранные в 2022 году. Они изучили более 930 образцов из Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов, взятых на глубинах до 400 метров. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Исследователи применили метод сетевого анализа, который группирует липиды по схожим распределениям в воде. Это позволило выявить шестнадцать кластеров молекул, каждый из которых связан с определенными условиями. Например, в холодных полярных и субполярных регионах планктон использовал более короткие цепи жирных кислот, чтобы сохранить текучесть мембран. Средняя длина цепей уменьшилась с пятнадцати до четырнадцати атомов углерода при переходе от тропиков к полюсам.
В теплых поверхностных водах тропиков, где мало фосфора, преобладали липиды без этого элемента — например, бетаиновые и гликолипиды. Их доля достигала 60% от общего количества молекул. На глубине 100–150 метров, куда проникает меньше света, планктон увеличивал производство ненасыщенных жирных кислот. Эти соединения помогают поддерживать функции мембран в условиях слабого освещения.
Особое внимание ученые уделили зоне глубокого хлорофиллового максимума DCM — слою воды, где концентрация фитопланктона максимальна. Здесь в тропических и субтропических регионах обнаружили повышенное содержание полиненасыщенных жирных кислот, таких как эйкозапентаеновая кислота EPA. Ее концентрация в этом слое оказалась на 35% выше, чем в поверхностных водах. Эти кислоты критически важны для морских пищевых цепочек, так как их не могут синтезировать многие животные.
Исследование показало, как глобальные изменения температуры, света и питательных веществ повлияли на биохимию планктона. Полученные данные помогут прогнозировать последствия климатических изменений для морских экосистем. Например, сокращение вертикального перемешивания воды в океане может изменить распределение жирных кислот, что повлияет на всю пищевую сеть — от мелких ракообразных до крупных хищников.
