O amazonském deštném pralese se často mluví jako o „zelených plících planety“. Je to ale zkreslení: většinu kyslíku totiž tvoří organismy v oceánech, ne stromy. Vědce proto zajímá, jak reagují na rychlé změny klimatu, které se v současnosti odehrávají. Nový výzkum odhaluje, že některé druhy budou mít problémy.
Jeden z nejběžnějších mikroorganismů na světě není imunní vůči dopadům klimatických změn. Sinice Prochlorococcus vyrábějí obrovské množství kyslíku, podle nové analýzy by to ale rostoucí teploty oceánů mohly ohrozit.
Prochlorococcus je nenápadná sinice, která měří pouhého půl mikrometru. Přestože je okem neviditelná, je možná jedním z nejrozšířenějších organismů na Zemi: jediný mililitr vody jich obsahuje i sto tisíc. V celém oceánu jich může být až sto oktilionů – neboli 1048 buněk. A jsou pro planetu opravdu důležité: osahují totiž pro sinice neobvyklý chlorofyl b, díky němuž provádějí fotosyntézu.
- Fotosyntéza (z řeckého fós, fótos – „světlo“ a synthesis – „shrnutí“, „skládání“) je složitý biochemický proces, při kterém se mění přijatá energie světelného záření na energii chemických vazeb.
- Využívá světelného, například slunečního, záření k tvorbě (syntéze) energeticky bohatých organických sloučenin – cukrů – z jednoduchých anorganických látek – oxidu uhličitého (CO2) a vody.
- Fotosyntéza má zásadní význam pro život na Zemi.
Provádí až pět procent veškeré fotosyntézy na světě. V důsledku toho je zodpovědná přibližně za dvacet procent kyslíku v oceánech a navíc hraje vzhledem ke svému množství také klíčovou roli v cyklu dalších živin a minerálů.
Předchozí studie předpokládaly, že tento mikroorganismus bude těžit z podmínek teplejšího světa, který vzniká vzhledem ke klimatické změně. Nový výzkum ale ukazuje, že sinice má sice teplo opravdu ráda, ale nesmí ho být příliš. Teplotní hranice, kdy přechází do nekomfortní zóny, je tedy zřejmě výrazně nižší, než se očekávalo. Při teplotách nad 28 stupňů Celsia, které by podle předpovědí měly být do konce století pravidelně překračovány, dochází v modelech k prudkému poklesu růstu této sinice.
Výzkum předpokládá, že pokud globální teploty vzrostou přibližně o dva stupně, produktivita tohoto důležitého mikroorganismu by mohla klesnout asi o sedmnáct procent. Pokud teploty vzrostou o čtyři stupně, mohl by druh čelit poklesu dokonce až o jednapadesát procent.
Je možná adaptace?
I když je možné, že by se Prochlorococcus dokázal oteplení přizpůsobit, hlavní autor studie Francois Ribaletopens říká, že zmíněné poklesy by pravděpodobně způsobily nepředvídatelné změny v mořských ekosystémech.
„Pokles produkce sinic Prochlorococcus o 17–51 procent by znamenal přibližně tří až desetiprocentní snížení celkového množství kyslíku v oceánech,“ vysvětluje Ribaletopens . Současně ale upozorňuje, že reálně by kyslíku asi ubylo méně: „Tento dopad je ale pravděpodobně nadhodnocený, protože jiné fotosyntetické organismy vykazují v našich modelech kompenzační nárůst.“
Větší obavy než snížení množství kyslíku u něj vyvolávají kaskádové účinky v mořských potravních řetězcích. Prochlorococcus se totiž během milionů let vyvíjel společně s mnoha dalšími mikroorganismy a jeho úbytek by mohl vyvolat dominový efekt v mikrobiálních společenstvech, která řídí základní biogeochemické cykly.
Narušené cykly
Jak se učí už na základní škole, život je postavený na takzvaných potravních pyramidách. Oceán je plný mnoha obrovských živočichů, od velryb po obří krakatice, ale jeho nejdůležitějšími obyvateli jsou ti nejmenší tvorové, kteří tvoří základ této pyramidy a na nichž stojí základy tohoto obřího ekosystému. Mikrobi jsou základem mnoha potravních řetězců a koloběhu živin v moři, což je činí zásadními pro život na Zemi.
Prochlorococcus, který žije na pětasedmdesáti procentech povrchu oceánu, má jeden z největších dopadů. Prosperuje v teplých, ale živinami chudých vodách. Aby se dokázal tomuto prostředí přizpůsobit, musel se evolučně něčeho vzdát: podle autorů této práce to byly právě geny pro toleranci environmentálního stresu. Ztráta genů znamená, že bakterie sice spotřebovává méně energie, ale má sníženou schopnost přizpůsobení. Měření provedená v uplynulém desetiletí v Tichém oceánu ukázala, jak je růst sinic Prochlorococcus spojen s teplotou vody, a odhalila prudký pokles, kdykoliv teplota překročila hranici osmadvaceti stupňů.
Biologové pak modelovali, jaký dopad by to mělo na mikroorganismy v globálním měřítku, pokud by se podobně zvýšily globální teploty po celé Zemi. Ukázalo se, že je pravděpodobné, že se Prochlorococcus rozšíří do chladnějších vod blíže k pólům, v jiných oblastech blíže u rovníku dojde k téměř úplnému kolapsu populací těchto sinic.
Studie má podle autorů slabinu: analyzovala jen sinice z Tichého oceánu, takže je možné, že jejich jiné populace například v Atlantiku nebo Indickém oceánu budou vůči teplu odolnější. „Zatím jsme nenašli kmeny Prochlorococcus přizpůsobené teplu, ale aktivně je hledáme,“ dodává Ribaletopens. „V našich modelech jsme ale testovali, jak by hypotetické kmeny přizpůsobené teplu mohly reagovat. I při zvýšení tepelné tolerance o dva stupně může v nejteplejších oblastech dojít k významnému poklesu.“
Kyslíku bude dost, ale...
Pro mnoho mikroorganismů bude mít podle studie pokles počtu těchto sinic významný dopad na jejich vlastní přežití. Pro jiné bakterie to ale bude naopak představuje příležitost. Například podobně velké sinice Synechococcus stále mají geny, které jim umožňují lépe reagovat na environmentální stres. To znamená, že může provádět fotosyntézu při mnohem vyšších teplotách. To by mohlo pomoci vyřešit nedostatek způsobený úbytkem Prochlorococcus, „ale není to tak jednoduché“, varují před unáhleně optimistickými závěry autoři.
„Naše modely předpovídají, že produkce Synechococcus by se mohla globálně zvýšit o pět až dvacet procent, protože se rozšiřuje do míst, které uvolnil Prochlorococcus,“ říká Ribaletopens. „To sice poskytuje částečnou kompenzaci, ale Synechococcus nemůže plně nahradit jedinečné ekologické funkce Prochlorococcus.“ Například proto, že buňky sinic Synechococcus jsou větší a mají odlišný nutriční obsah, takže ekosystém bude fungovat jinak. „Je to jako nahradit ve stravě pšenici rýží – obě jsou obiloviny, ale nejsou stejné,“ vysvětluje biolog.
Tato změna bude podle něj mít dominový efekt na celé ekosystémy oceánů. Jednou ze skupin organismů, které budou pravděpodobně postiženy nejvíc, jsou bakterie známé jako SAR11. Jedná se o volně žijící mořské bakterie, které tvoří přibližně čtvrtinu veškerého planktonu. Mají vzájemně prospěšný vztah s Prochlorococcus, kde každý organismus produkuje odpadní produkty, které druhý potřebuje.
To znamená, že pokud populace sinic Prochlorococcus poklesnou, mohl by poklesnout i počet SAR11 – to by mělo dopad na všechny druhy živočichů, kteří se tímto planktonem živí, od ústřic až po obří býložravé žraloky.
