Podpowierzchniowe maksimum tlenu
Warstwa, określana w literaturze jako SOM (subsurface oxygen maximum), znajduje się stosunkowo płytko, zaledwie kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią, tuż pod tak zwaną warstwą mieszaną. Szczególnie dobrze widoczna jest w oceanach oligotroficznych, czyli ubogich w składniki odżywcze. Dane zebrane w ramach długoterminowego programu monitorowania Bermudzkiego Atlantyku ukazują skalę zjawiska: nasycenie tlenem w tej strefie jest średnio o 6,47% wyższe niż w warstwie mieszanej i aż o 13,9% większe w porównaniu z głębszym maksimum chlorofilu.
Czytaj też: Ponad połowy jego genów nie umiemy nazwać. A mimo to może tłumaczyć, skąd wzięły się komórki jak nasze
Tak znaczący przyrost trudno wytłumaczyć samym transportem tlenu z powierzchni. Co więcej, historyczne zapisy z lat 1988-2019 pokazują, że warstwa ta żyje własnym, sezonowym rytmem. Stężenie tlenu waha się w ciągu roku o około 6,79%, osiągając swój szczyt zwykle w sierpniu, już po zakończeniu okresu intensywnego, zimowego mieszania wód.
Jak wirusy produkują tlen w oceanie?
Prawdziwym motorem napędowym tego procesu są, o dziwo, wirusy. Konkretnie cyjanofagi, które infekują Prochlorococcus, czyli niezwykle liczne, fotosyntetyzujące bakterie morskie. Mechanizm ten działa jak precyzyjna biologiczna pompa. Wirusy atakują komórki Prochlorococcus, rozrywając je i uwalniając do wody rozpuszczoną materię organiczną oraz związki odżywcze, przede wszystkim amoniak. Uwolnione substancje natychmiast wykorzystują inne bakterie heterotroficzne, a amoniak wraca do obiegu, zasilając pozostałe, żywe komórki Prochlorococcus. To błyskawicznie przyspiesza fotosyntezę i, co za tym idzie, produkcję tlenu. W warstwie SOM około 7% komórek Prochlorococcus jest aktywnie infekowanych: 2,8% przez wirusy typu T4 i 4,1% przez typ T7.
Aktywność cyjanofagów w tej strefie jest nieproporcjonalnie wysoka. Wirusy T4 występują tam od 3 do 5,5 raza częściej niż przy powierzchni, a typ T7 aż 19-krotnie. Jak trafnie zauważył Steven Wilhelm, jeden z autorów badania:
Czasami ich aktywność polega w takim samym stopniu na stymulowaniu wzrostu i produkcji, jak na chorobie
W tym układzie wirusy pełnią więc rolę nie tyle niszczycieli, co raczej katalizatorów, wymuszających szybszy obieg pierwiastków i intensyfikujących produkcję tlenu przez ocalałe mikroorganizmy.
Zmiany klimatu a przyszłość warstwy tlenowej
Cykl życia warstwy SOM jest ściśle zsynchronizowany z sezonowymi zmianami w oceanie. Formuje się na wiosnę, kwitnie latem, by zniknąć wraz z nadejściem jesienno-zimowego mieszania. Ten przewidywalny rytm może jednak zostać zaburzony. Ocieplanie się wód powierzchniowych prowadzi do coraz silniejszej stratyfikacji oceanów: warstwa mieszająca się płycieje, a zimowe mieszanie słabnie.
Czytaj też: Ostatni posiłek wilczego szczeniaka okazał się kapsułą czasu dla wymarłego giganta
Może to fundamentalnie zmienić warunki, w jakich funkcjonuje zarówno SOM, jak i cały mechanizm, o którym mówimy. Naukowcy podkreślają, że infekcje wirusowe muszą zostać uwzględnione w modelach oceanicznych jako istotny element wpływający na dynamikę obiegu węgla. To fascynujące, jak mikroskopijne interakcje mogą kształtować właściwości fizyczne całych warstw wody grubości dziesiątek metrów. Badania z Morza Sargassowego bez wątpienia otwierają nowy rozdział. Kolejnym krokiem będzie sprawdzenie, czy identyczny mechanizm działa w innych ubogich w składniki odżywcze oceanach i jak zareaguje na postępujące zmiany klimatyczne.