Человеческая деятельность, например, сельское хозяйство, сильно увеличила количество азота в прибрежных морях. Микроорганизмы удаляют большую часть этого азота через денитрификацию — процесс, который обычно происходит только там, где нет кислорода. Но ученые заметили, что денитрификация идет даже в насыщенных кислородом песках, хотя механизм был непонятен.

Исследователи из Института морской микробиологии Макса Планка (Бремен, Германия) выяснили, как это работает. Оказалось, что микробы на песчинках распределены неравномерно: одни активно поглощают кислород, создавая вокруг себя бескислородные зоны, а другие в этих зонах запускают денитрификацию.

Результаты опубликованы в Scientific Reports.

Микроскопические структуры с последствиями

Ученые использовали микрофлюидную визуализацию — метод, который позволяет разглядеть распределение микробов и динамику кислорода на микроуровне.

На одной песчинке живут десятки тысяч микроорганизмов, — объясняет Фарук Муин Джалалуддин. — Мы увидели, как одни колонии потребляют кислород, а другие его выделяют, причем они находятся всего в микрометрах друг от друга.

Выяснилось, что некоторые микробы поглощают кислород быстрее, чем он поступает из воды. Так образуются крошечные бескислородные зоны, которые раньше не замечали. Но их влияние огромно:

По нашим расчетам, до трети всей денитрификации в насыщенных кислородом песках происходит именно в этих микроскопических зонах, — говорит Джалалуддин.

Глобальное значение для экологии

Песчаные шельфы занимают почти половину континентальных шельфов Земли, и их роль в экосистеме огромна. Ученые оценили, как этот новый механизм влияет на глобальный круговорот азота.

Бескислородные зоны на песчинках могут отвечать за треть всего удаления азота в песках шельфов, — говорит соавтор исследования Сёрен Амеркамп. — Это значит, что они играют ключевую роль в снижении антропогенного загрязнения.

Это открытие важно по нескольким причинам:

• Уточнение моделей круговорота азота — теперь можно точнее предсказывать, как океан справляется с загрязнением.
• Понимание микробных взаимодействий — механизм локального потребления кислорода может встречаться и в других средах.
• Экологический мониторинг — зная, где и как идет денитрификация, можно эффективнее защищать прибрежные зоны.

Исследование опирается на моделирование, а не на прямые полевые измерения в разных регионах. Песчаные шельфы различаются по составу, течениям и микробным сообществам — возможно, в некоторых местах эффект выражен слабее.

Ранее ученые напомнили, что пляжный песок небезопасен.