Что могут рассказать морские микроорганизмы об изменениях климата

«Когда меняется океан, меняется планета — и всё начинается с микроорганизмов», — говорит биологический океанолог Анджелика Уайт. Опираясь на данные за несколько десятилетий, она рассказывает, как учёные используют эти древние микроорганизмы в качестве важнейшего показателя состояния океана, и как мы можем вдохнуть в них новую жизнь, пока температура воды в океане неуклонно растёт.

Я биологический океанолог.

Мне выпала большая честь
изучать микроорганизмы

в Тихом океане.

О них мы поговорим через минуту,

но сначала я хочу дать вам представление

о масштабе этого места.

Тихий океан — наш самый большой
и глубокий водный бассейн.

Его площадь — более 160 миллионов
квадратных километров.

Если взять все континенты
и сложить их вместе

в маленькую Пангею 2.0,

они свободно поместятся внутри
Тихого океана, и ещё останется место.

Это огромная экосистема —

от синевы открытого океана
до зелени материковых окраин.

В этом месте

я изучаю основу пищевой цепи —

планктон.

В моих исследованиях

и в микробной океанологии в целом

появился новый мотив —

изменения.

Эти микробные экосистемы
ощутимо меняются,

это нетрудно заметить.

Океаны покрывают
70% поверхности нашей планеты,

поэтому, когда меняется океан,
меняется планета —

и всё начинается с микроорганизмов.

Я поделюсь с вами двумя
небольшими зарисовками,

которые для микробов
будут скорее историями любви.

Но, если честно, есть один момент,

ужасно досадный,

поэтому будьте внимательны,
сосредоточьтесь на любви.

Вот к чему я веду.

Первое, что нужно знать, —

морские леса состоят из микроорганизмов.

Под этим я подразумеваю,
что по большей части

растения в открытом океане
микроскопические

и их намного больше, чем мы думаем.

Я покажу вам несколько
снимков этих организмов,

которые я собрала за эти годы.

Это низшие ступени
океанической пищевой цепи.

Эти крошечные растения и животные

имеют разную форму,
размер, цвет и обмен веществ.

На один миллилитр
морской воды их сотни тысяч.

В океане вы плаваете вместе с ними.

Они выделяют кислород, поглощают CO2

и составляют основу пищевой цепи,

от которой зависят все остальные
формы жизни в океане.

Около 500 дней своей
научной жизни я провела в море,

и ещё больше — за компьютером
или в лаборатории,

поэтому я считаю своим долгом
рассказать вам их истории.

Начнём с Тихоокеанского Северо-Запада.

Это зелёное, очень красивое место.

Это цветение фитопланктона,
которое можно увидеть из космоса

вдоль западного побережья США.

Это невероятно продуктивная экосистема.

Здесь можно ловить лосося,
палтуса, смотреть на китов.

Это прекрасная часть нашей страны.

Здесь в течение 10 лет,
помимо всего прочего,

я занималась жизненно важной темой
вредоносного цветения водорослей.

Это цветение токсичного фитопланктона,

которое может заражать пищевые цепи
и накапливаться в моллюсках и рыбе,

добываемой для употребления в пищу.

Мы пытались определить,
почему они цветут, где они цветут,

когда они цветут,

чтобы можно было контролировать вылов рыбы

и защищать здоровье людей.

Проблема в том, что это цветение
передвигается в океане,

и, как у некоторых людей,
токсичность планктона бывает разной.

(Смех)

Согласны?

Чтобы разобраться с этими проблемами,

мы использовали спутниковое
дистанционное зондирование,

дроны и планеры,

регулярно отбирали образцы в зоне прибоя

и провели много времени в море

на маленьких лодках у побережья Орегона.

Я не знаю, многим ли из вас
доводилось это делать,

но это нелегко.

[Даже океанологов тошнит от моря]

Бедные студенты.

(Смех)

Я попросила их спрятать лица,
чтобы сохранить анонимность.

(Смех)

Условия здесь трудные.

Речь пойдёт о данных,
полученных большим трудом.

(Смех)

Когда мы с коллегами
собрали все наши данные,

то получили 20-летний временной ряд
с количеством токсинов и фитопланктона.

Это позволило нам понять
характер этого цветения

и построить модели
для его прогнозирования.

Мы выяснили,

что вредоносное цветение водорослей
тесно связано с климатом.

Под климатом я подразумеваю не погоду,

а долгосрочные изменения.

Вы могли слышать
об этих колебаниях температур —

Тихоокеанской декадной
осцилляции (ТДО), Эль-Ниньо —

с ними обычно в этот регион
приходит тёплая и сухая зима,

но они также ослабляют
Калифорнийское течение,

идущее с севера на юг вдоль
Тихоокеанского Северо-Запада,

и согревают прибрежные океанские воды.

Здесь вы видите красные участки,

тепловые аномалии,

высокие показатели ТДО.

Когда меняется циркуляция

и температура,

увеличивается вероятность
цветения водорослей,

популяции лососёвых пополняются меньше

и появляются инвазивные виды,
как, например, зелёный краб.

Так климат влияет на экологию и экономику.

Если наши модели верны,

эти явления будут лишь
усугубляться и происходить чаще

наряду с тепловыми аномалиями.

Вот наглядный пример:

в 2014 году цветение водорослей
в Орегоне достигло своего максимума.

На то время это был ещё и самый жаркий год
в современной истории изменения климата.

Так было до 2015 года,

2016 года,

2017 и 2018 годов.

Самыми жаркими в современной
истории изменений климата

были последние пять лет.

Это хорошо для вредоносного
цветения водорослей,

но очень плохо для состояния экосистемы.

Возможно, моллюски вам неинтересны,

но эти изменения отражаются
на экономически важных рыбных ресурсах,

например крабе или лососе,

и могут отражаться на здоровье
морских млекопитающих, например китов.

Возможно, это более важно

и может вызвать резонанс.

Вот вам сказка о конце света
прибрежной зоны Тихого океана.

На самом деле эти экосистемы
очень жизнестойкие.

Они могут полностью восстановиться,
если мы дадим им шанс.

Мы не должны игнорировать эти изменения,

и это подводит меня ко второй зарисовке.

Тогда я уже переехала на самую отдалённую
цепь островов на нашей планете —

Гавайские острова,

где я руковожу программой
Hawaiian Ocean Time-series.

В рамках этой программы
на протяжении 31 года

каждый месяц проводятся экспедиции
на станцию ALOHA.

Она находится посреди Тихого океана,

в центре этой обширной
вихревой системы течений,

в так называемом Северо-Тихоокеанском
субтропическом водовороте.

Это наша самая большая
океанская экосистема.

Она в четыре раза больше
тропических лесов Амазонки.

Она тёплая, в хорошем смысле.

Вода голубая,

туда хочется нырнуть и поплыть.

Но не с исследовательской лодки,

потому что, знаете ли, акулы. Погуглите.

(Смех)

Это живописное место.

Сюда с октября 1988 года

ежемесячно отправлялись в экспедиции
целые поколения исследователей.

Мы изучаем биологию, химию
и физику открытого океана.

Мы измерили температуру океана
от поверхности до самого дна.

Мы отслеживаем течения и волны.

Люди обнаружили здесь новые организмы.

Люди создали обширные геномные библиотеки,

которые в корне изменили

наше представление о разнообразии
морских микроорганизмов.

Это не просто место открытий,

а важная часть временнóго ряда,

которая даёт нам ощущение истории,

ощущение контекста.

В данных, собранных за 30 лет,

мы смогли выделить сезонные изменения

и увидеть влияние человека

на мир природы.

На Гавайях собирались данные
для ещё одного знакового временнóго ряда —

графика Килинга.

Надеюсь, вы все его видели.

На этом графике показан
быстрый рост концентрации углекислого газа

в атмосфере.

Это не просто величина, а скорость роста.

Рост концентрации
углекислого газа в атмосфере,

небывалый для нашей планеты.

Это сказывается на наших океанах.

Вообще океаны поглощают
около 90 процентов тепла

от выбросов парниковых газов

и около 40 процентов углекислого газа.

Мы смогли измерить это на станции ALOHA.

Каждая из этих точек — экспедиция.

Это жизни людей, которые более 30 лет
делали эти измерения,

и понадобилось 30 лет, чтобы это увидеть.

Уровень CO2 повышается в атмосфере

и в океане.

Это красная линия.

В результате чего

кардинально меняется
химический состав морской воды,

снижается показатель pH —

он на логарифмической шкале,

это синяя линия.

Мы обнаружили отклонение pH
на 30 процентов в поверхностных водах

на этом временнóм ряде.

Это влияет на организмы,
которым нужно питаться

и наращивать раковины,

это меняет темпы роста
и метаболические взаимодействия

и отражается не просто на планктоне,

а на таких крупных экосистемах,
как коралловые рифы.

В числе прочего мы смогли показать
на этом временнóм ряде,

что это происходит лишь на поверхности.

Увеличение CO2 и снижение pH

отмечается в верхних
500 метрах водной толщи.

Я считаю это очень серьёзными изменениями.

Это поистине одно из самых
отдалённых мест на нашей планете,

и мы оказали воздействие
на верхние 500 метров водной толщи.

Эти два момента —

вредоносное цветение водорослей
и закисление океана —

это ещё не всё, конечно.

Вы слышали и об остальном:

повышение уровня моря,
заболачивание, таяние полярных льдов,

расширение зон кислородного минимума,

загрязнение,

утрата биоразнообразия,

чрезмерный вылов рыбы.

Нелегко найти аспиранта —

видите, какая сложная презентация?

(Смех)

(Вздыхает)

Повторюсь, я считаю эти системы,
эти микробные экосистемы

невероятно жизнестойкими.

Мы просто не должны
заходить слишком далеко.

Лично я думаю, что постоянное наблюдение
за океанами и планетой —

нравственный долг нашего поколения учёных.

Мы свидетели того,

как наши природные сообщества
подвергаются изменениям.

Таким образом

мы получаем возможность адаптироваться
и внести глобальные изменения,

если мы этого хотим.

Так что решения этих проблем
могут быть на разных уровнях.

Они включают целый набор решений,

местные изменения,

вплоть до голосования за тех,
кто будет защищать окружающую среду

в мировом масштабе.

(Аплодисменты)

Вернёмся к теме любви.

(Смех)

Микробы важны.

Это маленькие,

многочисленные и древние организмы,

и они крайне важны для поддержания
жизни людей и планеты.

Но пока мы на пути к удвоению
выбросов углекислого газа

в течение следующих 50 лет,

так что я использую такую аналогию:

мы едим так, будто нам по-прежнему 20 лет,

считая, что никаких последствий не будет,

но мне уже за 40,

и я знаю, что уже не могу безнаказанно
сжирать столько топлива.

(Смех)

Эти океаны вполне себе живые.

Их экосистемы не разрушены.

За исключением Арктики,
мы это можем обсудить.

(Смех)

Но постоянные наблюдения,
о которых я вам сегодня рассказала,

и работа целых поколений учёных

показывает, что мы должны
лучше заботиться о наших океанах

и защищать микроорганизмы,
которые нас поддерживают.

На этой ноте

я хочу закончить цитатой
одного из моих кумиров —

Джейн Любченко.

Этот слайд хорошо подойдёт.

Джейн сказала, что океан
не слишком велик и может иссякнуть,

он не слишком огромен,
и его можно восстановить,

но океан слишком важен,
чтобы его игнорировать.

Спасибо.

(Аплодисменты)