Постепенните промени в околната среда поради еутрофикацията и глобалното затопляне могат да причинят бързо изчерпване на нивата на кислород в езерата и крайбрежните води. Ново проучване, ръководено от професорите Джеф Хуисман и Джерард Мюйзер от Амстердамския университет (UvA), показва, че микроорганизмите играят ключова роля в тези катастрофални промени в режима. Констатациите на изследователите бяха публикувани в списание Nature Communications на 6 октомври.
Промените на режима са резки, големи и постоянни промени в структурата и функцията на екосистемите, предизвикани от постепенни промени в условията на околната среда. Описани са промени в режимите за голямо разнообразие от екосистеми. Един вид смяна на режима може да възникне в езера и крайбрежни води, когато бързото изчерпване на концентрацията на разтворен кислород води до липса на кислород, което е пагубно за повечето водни организми. Въпреки че това явление е добре известно, основните механизми, причиняващи прехода от оксигенни към аноксични условия, не са напълно разбрани.
Учени от UvA и Университета в Единбург разработиха математически модел за изследване на взаимодействията между състава на микробните видове и концентрацията на разтворен кислород. Те открили, че езерата могат да бъдат в две алтернативни стабилни състояния: едно, в което езерото е богато на кислород, и друго, в което липсва кислород. Преходите от кислородно към аноксично състояние се извършват под формата на смяна на режима. „Когато притокът на кислород постепенно намалява, отначало произвеждащите кислород цианобактерии и водорасли продължават да съществуват и езерото остава в оксигенно състояние“, обяснява първият автор Тим Буш.„Под критичен праг обаче сулфат-редуциращите бактерии и фотосинтезиращите серни бактерии поемат властта. Те причиняват повишаване на концентрациите на сулфиди, което след това убива цианобактериите и бързо преобръща езерото от оксигенно в аноксично състояние.'.
Едно от последиците от тази промяна на режима е, че връщането към условия, богати на кислород, не е лесно. Системата показва хистерезис. След като водата стане аноксична, високите концентрации на сулфид, поддържани от анаеробните серни бактерии, стабилизират аноксичните условия. В резултат на това връщането към предишните оксигенни условия изисква много по-голям приток на кислород от притока, който първоначално е довел системата в нейното аноксично състояние.
Изследователите наблюдаваха малко езеро със сезонна аноксия в по-дълбоките водни слоеве, за да проучат тези прогнози на модела. Езерото показва хистерезис при прехода между кислородни и аноксични условия, с промени в състава на микробната общност в съответствие с прогнозите на модела. Подобни явления са наблюдавани в еутрофираните крайбрежни води, където безкисни условия и високи концентрации на сулфиди са довели до масова смъртност на риби, мекотели и много други видове. Авторите посочват, че подобни промени в оксигенно-аноксидния режим вероятно са се случили в глобален мащаб в геоложкото минало на Земята, когато огромни площи на океана са били изчерпани с кислород по време на периоди на глобално затопляне и високи концентрации на CO2 в атмосферата. Според професорите Huisman и Muyzer, няколко аспекта все още не са напълно разбрани или не могат да бъдат количествено определени в детайли. Тези резултати обаче предоставят предупреждение, че продължаващата еутрофикация и затоплянето на езерата и моретата може да изтласка тези екосистеми отвъд критичната точка на преобръщане, причинявайки бързи преходи от оксигенни към аноксични условия, които не се обръщат лесно.
