Исследователи обнаружили, что современные пресноводные строматолиты в Южной Африке способны поглощать и превращать в минеральные отложения огромное количество углекислого газа, сопоставимое с темпами некоторых лесов.
Этот природный механизм работает постоянно, демонстрируя неожиданно высокий потенциал для долгосрочного связывания углерода.
Живые строматолиты — это не просто древние окаменелости, а активные экосистемы, способные влиять на глобальный углеродный цикл сегодня. Международная группа учёных из ЮАР, Канады и США в течение нескольких лет изучала микробные сообщества в строматолитах на юго-восточном побережье ЮАР. Их ключевое открытие заключается в том, что эти образования поглощают неорганический углерод из воды с чрезвычайно высокой скоростью, причём процесс не останавливается с наступлением ночи.
«Интеграция нескольких метаболических путей поддерживает высокие темпы осаждения углерода в живых микробиолитах», — указывается в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications. В ходе работы были изучены четыре разных участка: Кейп-Ресиф, Схененакерскоп, Тиспант и OV745 на мысе Сент-Фрэнсис.
«Скорость поглощения углерода в этих системах колеблется от 6.68 до 11.88 граммов углерода на квадратный метр в сутки. Это эквивалентно связыванию от 2.4 до 4.3 килограммов углерода на квадратный метр в год», — говорится в статье.
Для понимания масштаба: это означает, что каждый квадратный метр строматолитов может улавливать до 15.9 килограммов CO₂ ежегодно. При этом до 87% поглощённого углерода не просто усваивается микробами, а осаждается в виде минерала — кальцита, который является геологически стабильной формой и может храниться миллионы лет.
Исследователи использовали метод мечения стабильным изотопом углерода-13 для измерения скорости поглощения бикарбоната (HCO₃⁻) сообществами строматолитов как днём, так и ночью. Оказалось, что ночью процесс идёт почти с той же интенсивностью, составляя в среднем 80% от дневной скорости.
Традиционно считается, что формирование строматолитов в основном движется кислородным фотосинтезом цианобактерий. Метагеномный анализ подтвердил высокую представленность генов, связанных с фотосинтезом, особенно на участках Кейп-Ресиф и Схененакерскоп.
Однако ключевым сюрпризом стало обнаружение активных альтернативных путей фиксации углерода, не зависящих от света. Участок OV745, где относительное обилие генов фотосинтеза было ниже, тем не менее демонстрировал высокие темпы поглощения углерода. Анализ выявил в его метагеноме гены, связанные с карбоангидразами, циклом 3-гидроксипропионата и, что особенно важно, с ацетогенным путём Вуда-Лъюнгдаля — древним хемоавтотрофным путем фиксации CO₂.
«Присутствие генов, связанных с обеими ветвями пути Вуда-Лъюнгдаля… подчёркивает способность к хемоавтотрофной фиксации углерода во всех образованиях и, в частности, на OV745», — отмечают авторы.
Это означает, что микробное сообщество строматолитов использует целый арсенал механизмов для круглосуточного захвата углерода: фотосинтез днём, а ночью — биоминерализация и хемосинтез.
От поглощения к камню
Учёные не только измерили скорость поглощения, но и оценили, как это влияет на рост самих строматолитов. Основная масса поглощённого углерода (82±6%) переходит в неорганическую фракцию, то есть осаждается в виде карбоната кальция. Проанализировав пористость и состав минеральной части строматолитов с помощью сканирующей электронной микроскопии, исследователи рассчитали потенциальную скорость аккреции — накопления нового слоя.
Эти темпы в 3–5 раз выше максимальных оценок для микробиолитов щелочных формаций Клинтон-Крик в Канаде и на порядки выше, чем у знаменитых морских строматолитов залива Шарк в Австралии (0.4 мм в год) или на Багамах.
Исследование меняет взгляд на строматолиты не как на реликты прошлого, а как на активных современных участников углеродного цикла. Их способность превращать растворённый CO₂ в стабильный карбонатный минерал с такой скоростью делает их уникальной природной системой долгосрочного хранения углерода.
Это открытие поднимает новые вопросы о том, можно ли управлять условиями окружающей среды для дальнейшего увеличения скорости извлечения углерода из цикла. Понимание и возможное воспроизведение этих природных механизмов в будущем может стать одним из инструментов в смягчении последствий изменения климата.
Источник – ecoportal.su