Американские ученые из университета Северной Аризоны (NAU) и Калифорнийского университета в Беркли раскрыли механизм, поддерживающий здоровье рек. Микроскопические водоросли и живущие в них бактерии создают систему по производству азота без удобрений и загрязнения. Выводы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS),
В фокусе исследования находится диатомовая водоросль эпитемия — одноклеточное растение в прозрачной оболочке, золотисто-коричневого цвета и меньше крупинки соли. Внутри нее обитают диазопласты — бактерии, которые фиксируют азот, то есть превращают его из воздуха в форму, доступную для растений. Водоросль снабжает бактерию сахаром, а та отдает ей азот. Этот обмен запускает продуктивный цикл: река получает питание снизу вверх, от водорослей до насекомых, которыми питается молодь лосося.
По словам Джейн Маркс, профессора биологии NAU, это природный вариант чистого трубопровода питательных веществ — от солнечного света прямо к рыбе. К концу лета зеленые нити кладофоры вдоль реки Ил покрываются красновато-бурыми диатомовыми водорослями, и в этот момент до 90% нового азота в пищевой сети реки поступает именно от их сотрудничества с бактериями.
Ученые отмечают, что подобные механизмы действуют не только в Калифорнии. Эпитемия и родственные ей водоросли встречаются в реках, озерах и океанах по всему миру, особенно там, где мало азота. Это означает, что они незаметно повышают продуктивность экосистем, обеспечивая чистую воду, диких животных и устойчивые рыболовные ресурсы.
Наблюдая за процессом с помощью методов визуализации и изотопного анализа, исследователи показали, как каждая сторона получает выгоду: фотосинтез водорослей дает бактериям сахар, а азот из воздуха, превращенный в удобную для растений форму, возвращается обратно в цикл. Майк Зампини, научный сотрудник NAU, сравнил этот процесс с рукопожатием: обе стороны выигрывают, а вся река процветает.
Открытие имеет значение не только для экологии. Оно может вдохновить инженеров на создание технологий будущего: чистого биотоплива, удобрений без загрязнения и даже сельскохозяйственных культур, способных самостоятельно фиксировать азот. Это позволит снизить расходы фермеров и уменьшить ущерб для окружающей среды.
Ученые подчеркивают, что природа давно создает решения, у которых стоит учиться. И союз микроскопических водорослей и бактерий — один из ярких примеров того, как экология и эволюция находят баланс, а люди могут использовать этот опыт для устойчивого развития.
Ранее Наука Mail рассказала о том, как ядерная энергия помогает планете справляться с выбросами углекислого газа.
