Планктон может быть крошечным, но он играет важную роль в океане. Являясь основой морских экосистем, они поддерживают океанские пищевые сети и помогают регулировать климат Земли, накапливая углерод. В то время как лабораторные исследования показали, что планктон может корректировать свой химический состав в ответ на изменения окружающей среды, новое глобальное исследование показывает, как эти адаптации происходят в реальном океане. Исследование будет опубликовано 23 мая 2025 года в журнале Научные достижения.

Центр наук о морской среде Бременского университета и Океанографический институт Вудс-Хоул (WHOI) повторно проанализировали массивные наборы данных о крупномасштабном распределении липидов, полученных из планктона, в океане, которые были первоначально опубликованы WHOI в 2022 году. «Это исследование показывает ценность открытой науки», — говорит первый автор доктор Вейминь Лю из MARUM. «Используя новые методы работы с данными в открытом доступе, мы обнаружили ранее скрытые закономерности адаптации планктона».

Наборы данных, насчитывающие в общей сложности более 200 ГБ данных масс-спектрометрии, включают липидные профили — ключевые компоненты клеточных мембран — из 930 образцов, собранных в Атлантическом, Тихом и Северном Ледовитом океанах на глубине от поверхности до 400 метров. В отличие от традиционных подходов, которые сосредоточены только на известных молекулах, это исследование также включало неизвестные липиды с использованием сетевого анализа, что позволило данным говорить самим за себя. Такой подход позволил получить более полное и менее предвзятое представление о липидном разнообразии в морском планктоне.

Анализ показал, что липидные профили планктона тесно связаны с окружающей средой. Численно самое высокое разнообразие липидов было обнаружено в холодных полярных и субполярных океанах, где планктон использует более широкий спектр стратегий, таких как укорачивание цепей жирных кислот, для поддержания подвижности своих клеточных мембран. В более теплых открытых океанах команда наблюдала сдвиги в распределении липидов, которые, вероятно, отражают адаптацию к низкой доступности питательных веществ. В более глубоких водах этих регионов планктон увеличил выработку ненасыщенных жирных кислот, что может отражать реакцию на условия низкой освещенности.

«Эти изменения в липидах показывают, как сообщества планктона адаптируются к окружающей среде», — говорит доктор Лю. «Поскольку планктон, особенно фитопланктон, составляет основу океанических экосистем, их реакция может распространяться по всей морской пищевой цепочке и приводить к далеко идущим, иногда неожиданным, последствиям».

Это исследование демонстрирует, как сочетание липидомики окружающей среды с наукой о данных может раскрыть механизмы адаптации планктона, предлагая новое понимание того, как функционируют морские экосистемы. Исследования проводятся на основе накопления экспертных знаний в области химии в рамках Кластера передового опыта «Океанское дно — неизведанный интерфейс Земли», базирующегося в MARUM.