Вирусы могут способствовать созданию облаков над океаном

Фитопланктон (Emiliania huxleyi), зараженный вирусом, сбрасывает небольшие карбонатные пластины кальция, которые составляют их оболочки, гораздо быстрее, чем здоровый фитопланктон. Поднятые ударами волн в морские брызги, эти кусочки кальция могут в конечном итоге стать частью сложного процесса образования облаков, сообщают исследователи 15 августа в издании iScience. Это первое исследование, позволяющее предположить роль вирусов, которые часто заражают и убивают фитопланктон в океане.

Находка добавляет новую информацию к растущему объему работ, показывающих, что образование облаков регулируется не только физическими процессами, такими как испарение и теплообмен между океаном и атмосферой, но также и биологическими процессами.

Предыдущие исследования в Южном океане показали, что морские организмы увеличивают количество капель, образующих облака, задерживаясь в атмосфере над океаном примерно на 60 процентов каждый год. Фитопланктон может добавить к облачности за счет внесения газов и частиц, которые могут стать «семенами», вокруг которых водяной пар в атмосфере может конденсироваться с образованием облаков.

В контролируемом лабораторном исследовании атмосферный химик Мири Трейсич и его коллеги наблюдали за развитием вирусной инфекции фитопланктона и контролировали, как он изменил потерю пластин карбоната кальция, а также состав морского спрея.

Ученые заполнили 10-литровый контейнер четырьмя литрами воды, содержащей населения E. huxleyi. Даже здоровые E. huxleyi теряют некоторые из крошечных пластин, которые составляют их раковины, называемые кокколитами; во время цветения океана эти потерянные кокколиты появляются на спутниковых изображениях в виде огромных молочно-бирюзовых пятен.

Но при заражении вирусом, называемым вирусом E. huxleyi, фитопланктон имеет тенденцию лопаться и быстро сбрасывать все свои кокколиты. Через один день после заражения, количество карбоната кальция в клетках резко снизилась. Незараженный фитопланктон не показал никаких изменений в количестве своих кальцифицированных клеток в тот же период времени.

В течение трех дней морская вода, окружающая зараженный фитопланктон, содержала в три раза больше тромбоцитов, чем вода вокруг здоровых микроорганизмов. Для имитации морских брызг исследователи прокачивали воздух через резервуар и измеряли мельчайшие частицы, высвобождающиеся при разрыве волн и разрыве пузырьков воздуха.

Используя поляризованную световую микроскопию для анализа частиц в аэрозоле, собранных на фильтрах, команда исследователей обнаружила, что аэрозоль над вирусно-инфицированными популяциями содержал около двух частиц на кубический сантиметр воздуха. Это примерно на порядок больше частиц кокколита, чем в аэрозоле над неинфицированным фитопланктоном.

Оказавшись в атмосфере, плоские, аэродинамические тромбоциты, как правило, задерживаются, увеличивая свои возможности влиять на образование облаков различными способами — как помогая им, так и препятствуя. Одной из ролей, которую могут играть тромбоциты, являются химические реакции в атмосфере, образующие частицы нитрата кальция, которые могут стать гигантскими ядрами конденсации облаков.

Но частицы могут также препятствовать образованию облаков, говорят исследователи, путем удаления других потенциальных семян облаков из атмосферы. Предполагалось, что газообразный диметилсульфид, испускаемый фитопланктоном, который превращается в серную кислоту в атмосфере, также способствует получению зародышей облаков. Однако, когда в атмосфере присутствуют частицы с относительно большой площадью поверхности, такие как кокколиты, кислота может конденсироваться на таких частицах.

Есть еще много неизвестных, когда дело доходит до того, чтобы понять, насколько велика роль, которую эти частицы могут играть в образовании облаков, — говорит Патрисия Куинн, химик из Тихоокеанской морской экологической лаборатории атмосферного управления в Сиэтле. Она отмечает, что, например, никто еще не измерил фактическое количество частиц кокколита в атмосфере над океаном.

Чтобы понять, какую роль кокколиты могут сыграть в реальных океано-климатических взаимодействиях, ученым необходимо будет лучше понять, сколько частиц на самом деле находится в морском аэрозоле. С этой целью, команда ученых надеется провести полномасштабное полевое исследование цветения естественного фитопланктона в океане.

M. Trainic et al. Infection dynamics of a bloom-forming alga and its virus determine airborne coccolith emission from seawater. iScience. Published online August 15, 2018. doi:10.1016/j.celrep.2018.07.042.