Чёрное море — кладезь древних генетических данных

Чёрное море сообщается с Мировым океаном лишь через узкий Босфор, а в ледниковые периоды, когда уровень моря снижается, и вовсе превращается в озеро. Намного больше воды оно получает благодаря континентальным стокам, а потому его отложения представляют собой детальный архив изменений континентального климата, которым соответствовали гидрологические перемены.

Этим обстоятельством воспользовались сотрудники Океанографического института в Вудс-Хоуле (США), попытавшиеся реконструировать климатические и антропогенные изменения окружающей среды последних 11,4 тыс. лет по тому, как они отразились на местном планктоне, останки которого в изобилии встречаются в осадке.

Американские учёные на болгарском научном судне Akademik возятся с керном отложений Чёрного моря. (Фото Dimitri Dimitrov)

Обычно исследователи просто подсчитывают под микроскопом количество ископаемых скелетов в кернах. Но в большинстве случаев планктон не оставляет окаменелостей (например, далеко не все динофлагелляты проходят в своём развитии стадию диноцисты), поэтому учёные занялись поисками генетических остатков.

Кроме того, древние ДНК в морских отложениях до сих пор использовались только для целенаправленной реконструкции конкретных групп планктона, и эти исследования основывались на очень небольших клонотеках. На сей раз учёные применили подход к секвенированию ДНК следующего поколения с высокой пропускной способностью — пиросеквенирование, позволившее проследить жизнь планктона на всём пространстве Черного моря от эпохи таяния ледников до настоящего времени.

В довершение ко всему они разобрались с изменениями солёности и температуры, которые могли повлиять на самочувствие планктона.

Сведения о солёности удалось восстановить благодаря анализу отложений, содержащих высокостойкие органические соединения — алкеноны, производимые исключительно видом Emiliania huxleyi, то есть теми же фотосинтезирующими организмами, которые рассказывают океанографам о температуре поверхности моря в далёком прошлом. Соотношение двух изотопов водорода в алкенонах позволило определить колебания солёности в Чёрном море за последние 6 500 лет. (Дейтерий мало распространён в природе и испаряется не так легко, как другие изотопы. Чем больше дейтерия, тем выше солёность.)

150 из 2 710 обнаруженных по остаткам ДНК организмов продемонстрировали статистически значимый ответ на изменения окружающей среды, что позволило выделить четыре периода после оледенения.

Более 9 тыс. лет назад преобладали зелёные пресноводные водоросли, то есть Чёрное море было озером. По меньшей мере 9,6 тыс. лет назад появляется морской планктон, что указывает на начало поступления солёной воды из Средиземного моря. Динофлагелляты, церкозои, эустигматофиты и гаптофитовые водоросли резче всего отреагировали на постепенное увеличение солёности во время тёплого и влажного климатического оптимума среднего голоцена.

Около 5 200 лет назад наступает сухой суббореальный климат, и солёность растёт быстрее, что приводит к расцвету морских грибов и появлению морских рачков.

Примерно 2 500 лет назад начинается эпоха прохладного и влажного субатлантического климата. Солёность падает, происходит постепенная смена видов динофлагеллятов, диатомовых и золотистых водорослей.

Наиболее радикальные изменения происходят в течение последнего столетия, что связано с активным воздействием человека на природу.

Прорыв Босфора связал Чёрное море с Мраморным и тем самым — с Мировым океаном. 

(Изображение Jack Cook / Woods Hole Oceanographic Institution)

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник: whoi.edu