Микробы в океане и изменяющийся климат

Я биологический океанограф. Я имею возможность изучать микробную жизнь в Тихом океане. Итак, мы поговорим о микробах через минуту, но сначала я хочу дать вам ощущение масштаба.

Тихий океан - наш самый большой и глубокий океанический бассейн. Он охватывает 60 миллионов квадратных миль. Если вы возьмете все континенты и соберете их вместе в маленькую Пангею 2.0, они поместятся в Тихий океан, и у вас останется достаточно места. Это огромная экосистема, от синевы открытого океана до зелени континентальных окраин. В этом месте я изучаю основу пищевой цепи: планктон.

Теперь в моих исследованиях и в области микробной океанографии в целом, появилась тема, которая называется «изменение». Эти микробные экосистемы меняются реальными и измеримыми способами, и это не так сложно увидеть. Океаны покрывают 70 процентов нашей планеты, поэтому изменение океана - это изменение планеты, и все это начинается с микробов.

Микробы в океане и изменяющийся климат

Итак, первое, что нужно знать, это то, что морские леса являются микробными. И что я имею в виду: растения в открытом океане в целом микроскопические, и их гораздо больше, чем мы думаем. Я собираюсь показать вам несколько снимков этих организмов, которые я собрала за эти годы. Это самые низкие ступени океанской пищевой цепи. Это крошечные растения и животные, которые бывают разных форм и размеров, цветов и метаболизма. В одном миллилитре морской воды есть сотни тысяч. Вы определенно плаваете с ними, когда находитесь в океане. Они производят кислород, они потребляют CO2 и образуют основу пищевой цепи, от которого зависит любая другая форма океанской жизни.

Я провела около 500 дней своей научной жизни в море и намного больше перед компьютером или в лаборатории, поэтому я вынуждена рассказать вам некоторые из их историй.

Начнем с тихоокеанского северо-запада. Это место зеленое. Это красиво. Это цветы фитопланктона, которые вы можете увидеть из космоса вдоль западного побережья Соединенных Штатов. Это невероятно продуктивная экосистема. Здесь вы увидите лососевых рыб, палтусов, китов. И вот, в течение 10 лет, среди прочего, я изучала поднимающуюся тему вредного цветения водорослей. Это расцвет фитопланктона, вырабатывающего токсины, который может загрязнять пищевые цепи и накапливаться в моллюсках и рыбе, добываемых для потребления человеком. Мы пытались понять, почему они цветут, где они цветут, когда они цветут, чтобы мы могли управлять этими урожаями и защищать здоровье людей. Проблема в том, что океан - движущаяся система, и, как и у некоторых людей в нашей жизни, токсичность варьируется в зависимости от планктона.

Микробы в океане и изменяющийся климат

Итак, чтобы обойти эти проблемы, мы объединили спутниковое дистанционное зондирование с беспилотниками и планерами, регулярный отбор проб зоны прибоя и много времени в море на маленьких лодках у побережья Орегона. И я не знаю, была ли у многих из вас возможность сделать это, но это не легко. Это сложное место. Так что это с трудом завоеванные данные, о которых я собираюсь поговорить.

Таким образом, объединив все наши данные с нашими сотрудниками, мы получили 20-летний временной ряд токсинов и количества клеток фитопланктона. И это позволило нам понять закономерности этих расцветов и построить модели для их прогнозирования.

Мы обнаружили, что риск вредоносного цветения водорослей тесно связан с климатическими аспектами. Теперь, когда я говорю «климат», я не имею в виду погоду изо дня в день, я имею в виду долгосрочные изменения. Эти колебания, о которых вы, возможно, слышали, - Тихоокеанское десятилетие, Эль-Ниньо, - обычно приносят теплые и сухие зимы в этот регион, но они также уменьшают силу Калифорнийского течения, которое проходит с севера на юг вдоль Тихоокеанский Северо-Запад, и они нагревают прибрежный океан. Это красные цвета, которые вы видите на этом графике, теплые аномалии, сильные положительные показатели PDO. И когда у нас есть эти изменения в циркуляции и изменения температуры, риск вредного цветения водорослей повышается, но также уменьшается и пополнение лосося, и мы видим вторжения инвазивных видов, таких как зеленый краб. Так что это экологическое и экономическое воздействие климата.

Теперь, если наши модели верны, частота и серьезность этих событий будут только ухудшаться, наряду с этими теплыми аномалиями. И, чтобы проиллюстрировать это, в 2014 году было, вероятно, одно из самых вредных цветений водорослей в истории Орегона. Это был также самый жаркий год в современной климатической записи в то время, то есть до 2015, 2016, 2017, 2018. На самом деле, пять самых жарких лет в современной климатической записи были последними пятью. Это очень хорошо для вредного цветения водорослей и плохо для здоровья экосистемы.

Теперь вы можете не заботиться о моллюсках, но эти изменения влияют на экономически важные рыбные промыслы, такие как краб и лосось, и могут повлиять на здоровье морских млекопитающих, таких как киты. И это может иметь значение немного больше. Это может резонировать.

Микробы в океане и изменяющийся климат

На самом деле, это действительно устойчивые экосистемы. Они могут прийти в норму, если мы дадим им шанс. Дело не в том, чтобы игнорировать изменения, которые мы наблюдаем, и это подводит меня ко второй моей виньетке. С тех пор я переехала в самую отдаленную цепь островов на нашей планете, Гавайские острова, где я являюсь новым руководителем программы под названием «Временные ряды Гавайского океана». И это программа, которая в течение 31 года совершала это ежемесячное паломничество в место под названием Станция ALOHA. Он находится в центре Тихого океана, в центре этой огромной, циркулирующей системы течений, которую мы называем субтропическим круговоротом северной части Тихого океана. Это наша самая большая океанская экосистема. Это в четыре раза больше тропического леса Амазонки. Это тепло, в хорошем смысле. Это голубая вода, это абсолютно то место, где вы хотите погрузиться и поплавать. Вы не можете сделать это с исследовательских лодок, потому что, вы знаете, акулы. Погуглите это.

Это прекрасное место. И вот, с октября 1988 года поколения исследователей совершали эти ежемесячные паломничества. Мы изучаем биологию, химию, физику открытого океана. Мы измерили температуру от поверхности до морского дна. Мы отследили течения, отследили волны. Люди обнаружили здесь новые организмы. Люди создали огромные геномные библиотеки, которые произвели революцию в том, что мы думаем о разнообразии морских микроорганизмов. Это не просто место открытия, но важная часть временных рядов заключается в том, что они дают нам ощущение истории, чувство контекста. И за 30 лет данных, это позволило нам отделить сезонные изменения и увидеть появление отпечатков человечества в мире природы.

Есть еще один знаковый временной ряд на Гавайях, и это Кривая Килинга. Я надеюсь, что вы все это видели. Этот временной ряд зафиксировал быстрое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере. Это не просто число, это скорость роста. Скорость роста углекислого газа в нашей атмосфере является беспрецедентной для нашей планеты. И это имеет последствия для наших океанов. На самом деле океаны поглощают около 90 процентов тепла, выделяемого выбросами парниковых газов, и около 40 процентов углекислого газа. И мы смогли измерить это на станции Алоха. Каждая из этих точек - круиз. Он представляет жизни людей за 30 лет, пытающихся сделать эти измерения, и потребовалось 30 лет, чтобы это увидеть. CO2 повышается в атмосфере, CO2 повышается в океане. Это красная линия.

Следствием этого является фундаментальное изменение химического состава морской воды, снижение уровня pH - pH находится на логарифмической шкале, вот ваша синяя линия. Таким образом, мы видели 30-процентное снижение pH в поверхностном океане в этом временном ряду. Теперь это оказывает влияние на организмы, которые должны питаться, строить раковины, которые изменяют темпы роста, метаболические взаимодействия, и это не только влияет на планктон, но и на экосистемы, такие как коралловые рифы.

Теперь одна из вещей, которую мы смогли показать в этом временном ряду. Увеличение CO2 и снижение pH измеряются на верхних 500 метрах толщи воды. Я действительно нахожу это глубоким. Это действительно одно из самых отдаленных мест на нашей планете, и мы затронули верхние 500 метров толщи воды.

Микробы в океане и изменяющийся климат

Эти две вещи - вредное цветение водорослей, подкисление океана - это еще не все, конечно. Вы слышали об остальном: повышение уровня моря, эвтрофикация, таяние полярных ледяных шапок, расширение минимальных зон кислорода, загрязнение, потеря биоразнообразия, перелов.

Опять же, я думаю, что эти системы, эти микробные экосистемы чрезвычайно устойчивы. Мы просто не можем идти слишком далеко по этому пути.

Я лично считаю, что постоянное наблюдение за нашими океанами и нашей планетой является моральным долгом для нашего поколения ученых. Мы являемся свидетелями изменений, которые происходят в наших естественных сообществах, и благодаря этому они дают нам возможность адаптироваться и проводить глобальные изменения, если мы так хотим. Таким образом, решения этих проблем многоуровневые. Он включает в себя портфель решений, локальные изменения, но вплоть до голосования за людей, которые будут защищать нашу окружающую среду в глобальном масштабе.

Микробы имеют значение. Эти организмы маленькие, обильные, древние, и они имеют решающее значение для поддержания нашего населения и нашей планеты. Тем не менее, мы находимся на пути к удвоению выбросов углекислого газа в течение следующих 50 лет, поэтому я использую аналогию для этого, как будто мы едим, как будто нам еще за двадцать, предполагая, что никаких последствий не будет, но я знаю, есть последствия. Эти океаны очень живы. Эти экосистемы не разрушились. Ну, кроме Арктики, мы можем поговорить об этом. Но постоянные наблюдения, которыми я поделилась с вами сегодня, работа поколений ученых, указывают нам, что мы должны лучше заботиться о наших океанах и развивать микробы, которые поддерживают нас.

И на этой ноте я хочу закончить цитатой из одного из моих героев, Джейн Любченко. И это уместно. Джейн сказала, что океаны не слишком велики, чтобы разрушаться, и не слишком велики, чтобы их можно было исправить, но океаны слишком велики, чтобы их игнорировать.