Планктон хоть и микроскопически мал, но играет ключевую роль в океанах. Являясь основой морских экосистем, он поддерживает пищевые цепи и помогает регулировать климат Земли, накапливая углерод. Лабораторные исследования уже показали, что планктон умеет менять свою химическую структуру в ответ на изменения окружающей среды, однако теперь масштабное глобальное исследование впервые демонстрирует, как эти адаптации происходят в реальных условиях океана. Результаты будут опубликованы 23 мая 2025 года в журнале Science Advances.

Ученые из Центра морских экологических наук при Университете Бремена и Института океанографии Вудс-Хоул (WHOI) заново проанализировали огромные массивы данных о распределении липидов, полученных из планктона в океане. Эти данные, изначально опубликованные WHOI в 2022 году, охватывают более 200 ГБ спектрометрической информации — это профили липидов, важнейших компонентов клеточных мембран, из 930 проб, собранных в Атлантическом, Тихом и Северном Ледовитом океанах на глубинах от поверхности до 400 метров.

В отличие от традиционных методов, которые изучают только известные молекулы, в этом исследовании применили сетевой анализ и рассмотрели также неизвестные липиды, позволяя данным «говорить самим за себя». Такой подход дал возможность получить более всестороннее и объективное представление о разнообразии липидов у морского планктона.

Анализ показал, что профили липидов у планктона тесно связаны с окружающей средой. Наибольшее разнообразие липидов наблюдалось в холодных полярных и субполярных морях, где планктон использует широкий спектр стратегий — например, укорачивает цепи жирных кислот, чтобы поддерживать текучесть мембран в холодной воде. В более теплых водах открытого океана ученые заметили изменения в распределении липидов, которые, вероятно, отражают адаптацию к низкому содержанию питательных веществ. На больших глубинах в этих регионах планктон увеличивает производство ненасыщенных жирных кислот, что может быть связано с адаптацией к недостатку света.

«Изменения в липидах показывают, как сообщества планктона приспосабливаются к окружающим условиям, — говорит доктор Вэймин Лю из MARUM, первый автор работы. — А так как планктон, особенно фитопланктон, составляет основу океанических экосистем, его реакции могут влиять на всю пищевую сеть и приводить к неожиданным последствиям».

Это исследование наглядно демонстрирует, как сочетание методов экологической липидомики и анализа больших данных помогает раскрывать механизмы адаптации планктона и дает новые знания о функционировании морских экосистем. Проект был поддержан развитием химической информатики в рамках Кластера передового опыта «Дно океана — неизведанный рубеж Земли» на базе MARUM.