Глобальная фотосинтетическая активность растений с 2003 по 2021 годы увеличивалась за счёт наземных экосистем, несмотря на ослабление фотосинтеза у морских водорослей. К такому выводу пришли исследователи из Университета Дьюка, опубликовавшие результаты в журнале Nature Climate Change. Эти данные помогут лучше оценивать состояние планетарного здоровья, разрабатывать стратегии управления экосистемами и корректировать климатические прогнозы, передает Science Daily.

Фотосинтетические организмы — основные производители биомассы на планете, преобразующие солнечную энергию в органическое вещество. Однако они также выделяют углерод в процессе дыхания, что учитывается в показателе чистой первичной продукции (ЧПП) — разницы между усвоением углерода и его потерями.

«Чистая первичная продукция определяет, сколько энергии становится доступным для поддержания всей остальной жизни в экосистеме», — пояснил ведущий автор исследования Юлун Чжан.

До сих пор глобальные исследования ЧПП, как правило, рассматривали сушу и океан отдельно. Новое исследование впервые комплексно проанализировало их взаимосвязь за последние два десятилетия.

Рост на суше и спад в океане

Учёные использовали данные шести спутниковых наблюдений (по три для суши и океана) за период с 2003 по 2021 год. Выяснилось, что наземная ЧПП увеличивалась в среднем на 0,2 млрд метрических тонн углерода в год, особенно в умеренных и северных широтах, где потепление продлило вегетационный сезон и улучшило условия для роста растений.

В то же время морская ЧПП уменьшалась примерно на 0,1 млрд тонн углерода в год, особенно в тропических и субтропических районах Тихого океана. Общий итог: глобальная ЧПП всё же росла со скоростью 0,1 млрд тонн углерода в год, несмотря на морской спад.

Что влияет на изменения

На суше основной вклад внесли северные широты и регионы с увеличением осадков, лесовосстановлением и интенсификацией сельского хозяйства. В океане же повышение температуры поверхностных вод нарушало вертикальное перемешивание, снижая доступность питательных веществ для фитопланктона.

«Потепление поверхности океана нарушает циркуляцию питательных веществ, необходимых для выживания водорослей», — отметил соавтор Николас Кассар.

При этом океан показал более высокую чувствительность к климатическим колебаниям, таким как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, что особенно отразилось на изменениях после 2015 года.

Последствия для экосистем и климата

Исследование подчёркивает важность наземных экосистем в компенсации спада ЧПП в океане. Однако продолжающееся снижение продуктивности тропических и субтропических океанов может подорвать пищевые цепи, биоразнообразие, рыболовство и экономику прибрежных регионов, а также ослабить способность этих областей служить углеродными поглотителями.

«Открытым остаётся вопрос, смогут ли наземные экосистемы и дальше компенсировать потери океанической ЧПП, и как долго это продлится. Это критически важно для оценки здоровья биосферы и выработки стратегий борьбы с изменением климата», — заключил Чжан.

Исследование было поддержано Национальным научным фондом США, Лесной службой Министерства сельского хозяйства США и Национальной экологической обсерваторией (NEON).

Ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе применили технологии искусственного интеллекта, чтобы расширить способности растений к обнаружению бактериальных угроз. Это открытие может привести к созданию новых методов защиты сельскохозяйственных культур, таких как томаты и картофель, от опасных заболеваний. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Plants.

Растения, как и животные, обладают иммунной системой. Одним из её элементов являются специальные рецепторы, позволяющие распознавать бактерии и активировать защитные механизмы. Один из таких рецепторов — FLS2 — способен улавливать флагеллин, белок, содержащийся в жгутиках бактерий. Однако со временем патогены изменяют структуру своих белков, чтобы избежать обнаружения.

«Растения и бактерии находятся в состоянии постоянной «гонки вооружений», и бактерии часто модифицируют аминокислоты флагеллина, чтобы уклониться от иммунного ответа», — объяснила профессор кафедры фитопатологии Гитта Коакер, ведущий автор исследования.

Чтобы дать растениям преимущество в этой борьбе, команда Коакер использовала AlphaFold — инструмент ИИ, способный предсказывать трёхмерную структуру белков. С его помощью учёные перепроектировали рецептор FLS2, повысив его чувствительность к различным формам флагеллина. Исследование основывалось на сравнении рецепторов, уже обладающих широкой распознающей способностью, с менее универсальными аналогами, что позволило выявить нужные аминокислотные изменения.

«Нам удалось «воскресить» рецептор, который ранее был выведен из строя патогеном, и тем самым вернуть растению способность к более точному иммунному отклику», — отметила Коакер.

По её словам, разработанный метод открывает путь к созданию устойчивых к болезням сортов сельскохозяйственных культур. Особое внимание учёные уделяют борьбе с бактерией Ralstonia solanacearum, вызывающей бактериальное увядание. Этот патоген способен поражать свыше 200 видов растений, включая основные продовольственные культуры.

В дальнейшем исследователи планируют использовать машинное обучение для прогнозирования перспективных рецепторов, а также уточнить, какие именно аминокислоты необходимо изменять для усиления иммунитета.

В работе также приняли участие Тяньжунь Ли, Эстебан Харкин Боланьос, Даниэль Стивенс, Хансюй Ша из UC Davis и Даниил Пригожин из Лоуренсской национальной лаборатории в Беркли. Проект получил поддержку от Национального института здравоохранения США и Министерства сельского хозяйства США.