Новые технологии пересматривают наше понимание зон кислородного минимума

Новая технология обнаруживает следовые количества кислорода в среде, где содержание этих жизненно важных молекул ранее было ниже предела обнаружения.

Используя новую технологию, называемую мини-трекинговым анализатором insitu logger, или mTail, международная группа ученых, в том числе Мария Патиадаки из Океанографического института Вудс-Хоула (WHOI), в экспедиции Института океана Шмидта обнаружила разбросанные карманы воды, содержащие следовые количества воды. из… Кислорода в районе юго-восточной части Тихого океана, где уровень кислорода исторически был ниже предела обнаружения. Это открытие пересматривает понимание микробов и круговорота питательных веществ в важной, малоизученной экосистеме — зоне минимума кислорода (ОМЗ). Обычное океанографическое оборудование для отбора проб не смогло обнаружить кислород в сердце юго-восточной части Тихого океана ОМЗ, что оставило пробелы в научных знаниях о том, как функционирует эта глобально важная экосистема.

Паттиадаки, младший биолог Всемирной организации здравоохранения, возглавил научную группу в 34-дневной экспедиции, в которую вошли ученые из Чили, Испании, Мексики, Великобритании, Швеции и Дании. Исследование проводилось на борту научно-исследовательского судна Falkor Института океана Шмидта (также), где команда применила несколько других новых технологий.

mTail — это устройство для отслеживания кислорода, которое ученые прикрепляют к розетке, в которой хранятся бутылки Нискина и стандартное оборудование для океанографических исследований. Доктора. Мортен Ларсен и Бо Тамдруп из Университета Южной Дании разработали устройство в сотрудничестве с доктором Лаурой Бристоу из Университета Гетеборга, Швеция. Обычное пробоотборное оборудование для исследования кислорода имеет относительно низкое разрешение по сравнению с mTail, что приводит к неточным измерениям кислорода в ОМЗ.

ОМЗ простираются на глубину от 100 до 1000 метров и считаются зонами, где концентрация кислорода превышает предел обнаружения обычного оборудования. Применение учеными множества технологий, разработанных и адаптированных для ОМЗ, обеспечивает новую модель для изучения этой глобально важной среды и новое понимание того, как она функционирует.

Мария Патиадаки и Лизетт Осорио Бандо из Всемирной организации здравоохранения готовят к использованию пробоотборник микробов. (Фото: Алекс Энгель, Институт океана Шмидта)

«Жизнь зародилась на нашей планете без кислорода», — сказал доктор Освальдо Уллоа из Института Миленио де Океанографии в Чили, главный исследователь этой миссии. «И хотя крупные животные, такие как рыбы и киты, здесь не живут, ОМЗ процветает. Микробная среда, вероятно, представляет собой морскую среду, наиболее похожую на древний океан, и, исследуя эти невидимые организмы и их экосистему, мы раскрываем ключевую информацию о том, как выглядела наша планета миллионы лет назад и как эта среда могла реагировать. к меняющемуся климату.

Юго-восточная Тихоокеанская ОМЗ — естественная экосистема у западного побережья Южной Америки. Физика и биология океана создают область слабой циркуляции океана и высокой продуктивности, в результате чего большое количество органического вещества потребляется микроорганизмами. ОМЗ, вероятно, будут расти из-за изменения климата. Большинство крупных животных не могут постоянно жить в ОМЗ из-за недостатка кислорода, однако здесь существует обширная и процветающая микробная экосистема. Когда кислород недоступен, микробы используют такие молекулы, как аммиак и нитраты, для получения энергии, выделяя в качестве побочного продукта закись азота — парниковый газ, в 245 раз более мощный, чем углекислый газ.

«Эффект обнаружения следов кислорода может иметь далеко идущие последствия для микроорганизмов в ОМЗ», — сказал Бристоу. «Когда появляется кислород, он снабжает микробное сообщество небольшими, но значительными количествами кислорода, что может повлиять на круговорот парниковых газов в этих системах, меняя наше концептуальное понимание того, как на самом деле работает зона минимума кислорода».

Джош О’Брайен и Аннабель Адамс-Пи убирают флаконы Niskin с розетки CTD перед передислокацией. На розетке CTD были установлены высокочувствительные кислородные датчики, которые использовались для измерения протяженности зоны кислородного минимума. (Фото: Алекс Энгель, Институт океана Шмидта)

Для изучения микробной активности в ОМЗ научная группа использовала другой метод, известный как погружное инкубационное устройство (SID). SID — это независимая лаборатория, которая измеряет микробную активность в окружающей среде, что позволяет ученым измерять круговорот питательных веществ в условиях, в которых он происходит естественным образом, а не пытаться смоделировать его в лаборатории. Оборудование было изготовлено только из стекла и титана, что предотвращало загрязнение кислородом во время эксперимента. Этот SID был разработан в результате международного сотрудничества докторов Бристоу, Тамдрупа и Ларсена, а также лаборатории доктора Паттиадаки из Всемирной организации здравоохранения.

Другие передовые технологии, испытанные во время экспедиции, включали многоволновой оптический датчик HyperPro и систему профилирования насоса, разработанную лабораторией доктора Уллоа в Институте Миленио де Океанографии. Эти новые технологии позволили команде собрать несколько типов данных об экосистеме, невидимой для человеческого глаза. Данные миссии будут дополнительно проанализированы в береговых лабораториях, чтобы определить последствия для измерения кислорода в ядре ОМЗ.

«До сих пор ученые сталкивались с проблемой измерения низкого уровня кислорода в океане из-за ограничений по отбору проб. Эта экспедиция стала захватывающим испытательным полигоном для новых технологий, которые раздвинули критические границы открытий и подчеркнули необходимость продолжения инноваций в исследованиях океана. «Комплекс методов, разработанных доктором Паттиадаки и ее коллегами, открывает двери для более глубокого понимания микробных процессов и явлений, связанных с расширением зон минимума кислорода».

Примечание. Ученым, участвовавшим в экспедиции, было предоставлено время на борту НИС «Фалькор» (также) для проведения исследований. Ученые, участвующие в миссиях СОИ, не работают в Институте.

Об организациях

Океанографический институт Вудс-Хоул — крупнейшая в мире частная некоммерческая организация, занимающаяся расширением знаний об океанах и их связи с системой Земли посредством постоянного стремления к совершенству в области науки, техники и образования, а также применения этих знаний для решения стоящих перед нами проблем. общество. Узнайте больше через https://www.whoi.edu/

Институт океана Шмидта был основан в 2009 году Эриком и Венди Шмидт с целью стимулировать открытия, необходимые для понимания нашего океана, поддержания жизни и обеспечения здоровья нашей планеты посредством проведения эффективных научных исследований, интеллектуальных наблюдений, технологических достижений и открытого доступа. обмен информацией. и участие общественности, все на самом высоком международном уровне. Для получения дополнительной информации посетите www.schmidtocean.org.

Instituto Milenio de Oceanographica, базирующийся в Университете Консепсьона, является центром передового опыта, занимающимся исследованиями и исследованиями открытого и глубокого океана, особенно в восточной части южной части Тихого океана. Институт стремится создать среду, побуждающую к размышлению, для генерации и распространения научных знаний, которые изменят и обеспечат новое понимание нашего понимания океанов с творческой, смелой и совместной точки зрения. Узнайте больше через https://www.imo-chile.com/en

Университет Гетеборга решает проблемы общества, используя разнообразные знания. 56 000 студентов и 6600 сотрудников делают университет большим и вдохновляющим местом для работы и учебы. Сильные исследования и привлекательные учебные программы привлекают исследователей и студентов со всего мира. Благодаря новым знаниям и новым перспективам университет вносит свой вклад в лучшее будущее. https://www.gu.se/en/marina-vetenskaper

Университет Южной Дании был основан в 1966 году и в настоящее время является третьим по величине университетом Дании. В СДУ обучаются 20 396 студентов и 3 983 сотрудника. Благодаря превосходству в исследованиях, образовании и сотрудничестве мы стремимся решать насущные проблемы, стоящие перед нашей окружающей средой и обществом. Кафедра биологии стремится расширить границы знаний в области биологии и ее взаимосвязи с нашей планетой. Наш отдел стремится проводить эффективные исследования и использовать передовые технологии. https://www.sdu.dk/en/om_sdu/institutter_centre/i_biologi

астробиология и океанография,