The tiny creature that secretly powers the planet | Penny Chisholm

Translator: Pavlina Koleva Reviewer: Anton Hikov

I'd like to introduce you to a tiny microorganism

Искам да ви запозная с миниатюрен микроорганизъм

that you've probably never heard of:

който, вероятно, никога не сте чували,

its name is Prochlorococcus,

казва се Прохлорококус

and it's really an amazing little being.

и е наистина изумително малко същество.

For one thing, its ancestors

Неговите предци

changed the earth in ways that made it possible for us to evolve,

са променили Земята по начин, който е направил еволюцията възможна

and hidden in its genetic code

и в генетичният му код има скрита

is a blueprint

схема,

that may inspire ways to reduce our dependency on fossil fuel.

която би вдъхновила начини за намаляване зависимостта ни от изкопаеми горива.

But the most amazing thing

Но най-изумителното нещо е,

is that there are three billion billion billion

че има три милиард милиард милиарда

of these tiny cells on the planet,

от тези малки клетки на планетата,

and we didn't know they existed until 35 years ago.

а до преди 35 години ние не сме знаели, че съществуват.

So to tell you their story,

И за да разкажа историята им,

I need to first take you way back,

първо ще трябва да ви върна назад във времето,

four billion years ago, when the earth might have looked something like this.

преди 4 милиарда години, когато земята може би е изглеждала така.

There was no life on the planet,

Не е имало живот на планетата,

there was no oxygen in the atmosphere.

не е имало кислород в атмосферата.

So what happened to change that planet into the one we enjoy today,

Какво се е случило, че да промени Земята в тази, на която се наслаждаваме днес,

teeming with life,

преливаща от живот,

teeming with plants and animals?

изобилие на растения и животни?

Well, in a word, photosynthesis.

Е, с една дума, фотосинтеза.

About two and a half billion years ago,

Около преди 2,5 милиарда години,

some of these ancient ancestors of Prochlorococcus evolved

някои от тези древни предци на Прохлорококус еволюирали така,

so that they could use solar energy

че да могат да ползват слънчевата енергия,

and absorb it

да я усвояват

and split water into its component parts of oxygen and hydrogen.

и да разделят водата на съставните ѝ части кислород и водород.

And they used the chemical energy produced

Те използвали произведената химическа енергия

to draw CO2, carbon dioxide, out of the atmosphere

да извличат CO2, въглероден диоксид, от атмосферата

and use it to build sugars and proteins and amino acids,

и да го използват за изграждане на захари, протеини и амино киселини,

all the things that life is made of.

всички неща от които е изграден животът.

And as they evolved and grew more and more

Докато те еволюирали и се разраствали все повече

over millions and millions of years,

за милиони и милиони години

that oxygen accumulated in the atmosphere.

този кислород се натрупал в атмосферата.

Until about 500 million years ago,

Докато накрая, преди около 500 милиона години,

there was enough in the atmosphere that larger organisms could evolve.

имало достатъчно в атмосферата, че могли да еволюират по-големи организми.

There was an explosion of life-forms,

Случила се експлозия от форми на живот,

and, ultimately, we appeared on the scene.

и в края на краищата сме се появили на сцената и ние.

While that was going on,

Докато това се случвало

some of those ancient photosynthesizers died

някои от тези древни фотосинтезиращи умрели

and were compressed and buried,

и били компресирани и заровени

and became fossil fuel

и се превърнали в изкопаеми горива

with sunlight buried in their carbon bonds.

със слънчева светлина заключена във водородните им връзки.

They're basically buried sunlight in the form of coal and oil.

Те са на практика слънчева светлина във формата на въглища и нефт.

Today's photosynthesizers,

Днешните фотосинтезиращи,

their engines are descended from those ancient microbes,

чиито двигатели са потомци на тези древни микроби,

and they feed basically all of life on earth.

изхранват на практика целия живот на Земята.

Your heart is beating using the solar energy

Вашето сърце бие използвайки слънчевата енергия,

that some plant processed for you,

която някое растение е обработило за вас

and the stuff your body is made out of

и нещата от които е направено тялото ви

is made out of CO2

са направени от въглероден диоксид,

that some plant processed for you.

който някое растение е обработило вместо вас.

Basically, we're all made out of sunlight and carbon dioxide.

Реално, ние всички сме изградени от слънчева енергия и въглероден диоксид.

Fundamentally, we're just hot air.

В основата си ние сме въздух под налягане.

(Laughter)

(Смях)

So as terrestrial beings,

Като сухоземни същества,

we're very familiar with the plants on land:

ние сме доста запознати с растенията на сушата:

the trees, the grasses, the pastures, the crops.

дървета, треви, пасища, култури.

But the oceans are filled with billions of tons of animals.

Но океаните са пълни с милиарди тонове животни.

Do you ever wonder what's feeding them?

Питали ли сте се с какво се изхранват?

Well there's an invisible pasture

Е, има едно невидимо пасище

of microscopic photosynthesizers called phytoplankton

от микроскопични фотосинтезиращи, наречени фитопланктон,

that fill the upper 200 meters of the ocean,

което запълва най-горните 200 метра от окена

and they feed the entire open ocean ecosystem.

и те изхранват цялата екосистема на открития океан.

Some of the animals live among them and eat them,

Някои от животните живеят сред тях и ги ядат,

and others swim up to feed on them at night,

други изплуват на повърхността през нощта, за да се хранят с тях,

while others sit in the deep and wait for them to die and settle down

докато други седят на дълбокото и чакат да умрат и потънат

and then they chow down on them.

и тогава те ги консумират.

So these tiny phytoplankton,

Тези дребни фитопланктони,

collectively, weigh less than one percent of all the plants on land,

заедно, тежат по-малко от един процент от всички растения на сушата,

but annually they photosynthesize as much as all of the plants on land,

но годишно фотосинтезират толкова, колкото всички растения на сушата,

including the Amazon rainforest

включително дъждовните гори на Амазонка,

that we consider the lungs of the planet.

които считаме за белите дробове на планетата.

Every year, they fix 50 billion tons of carbon

Всяка година те произвеждат 50 тона въглерод

in the form of carbon dioxide into their bodies

под формата на въглероден диоксид в телата си,

that feeds the ocean ecosystem.

който захранва океанската екосистема.

Как това малко количество биомаса

How does this tiny amount of biomass

produce as much as all the plants on land?

успява да произведе толкова, колкото растенията на сушата?

Well, they don't have trunks and stems

Ами те нямат стволове и стебла

and flowers and fruits and all that to maintain.

и цветове и плодове и всичко това за поддръжка.

All they have to do is grow and divide and grow and divide.

Всичко, което правят е да растат и да се делят и да растат и да се делят.

They're really lean little photosynthesis machines.

Те са истински компактни малки машини за фотосинтезиране.

They really crank.

Те са наистна пластични.

So there are thousands of different species of phytoplankton,

Има хиляди различни видове фитопланктон

come in all different shapes and sizes,

в различни форми и размери,

all roughly less than the width of a human hair.

всичките малко по-малки от ширината на човешки косъм.

Here, I'm showing you some of the more beautiful ones,

Тук ви показвам някои от по-красивите,

the textbook versions.

версиите за учебник.

I call them the charismatic species of phytoplankton.

Наричам ги харизматични видове фитопланктон.

And here is Prochlorococcus.

А това е Прохлорококус.

I know,

Знам,

it just looks like a bunch of schmutz on a microscope slide.

прилича на петно мръсотия по микроскопа.

(Laughter)

(Смях)

But they're in there,

Но те са там

and I'm going to reveal them to you in a minute.

и аз ще ви ги разкрия след минута.

But first I want to tell you how they were discovered.

Но първо искам да ви кажа как бяха открити.

About 38 years ago,

Преди около 38 години

we were playing around with a technology in my lab called flow cytometry

в моята лаборатория си играехме с технология наречена поточна цитометрия,

that was developed for biomedical research for studying cells like cancer cells,

разработена за биомедицински изследвания за изучаване на клетки, като раковите,

but it turns out we were using it for this off-label purpose

но както се оказа, я ползвахме за тази необикновена цел

which was to study phytoplankton, and it was beautifully suited to do that.

да изследваме фитопланктон и пасваше идеално за нея.

And here's how it works:

Работи по следния начин:

so you inject a sample in this tiny little capillary tube,

инжектираш проба в тази малка тръба

and the cells go single file by a laser,

и кетките преминават една по една през лазер

and as they do, they scatter light according to their size

и докато минават, разпръсквт светлина, в зависимост от размера си

and they emit light according to whatever pigments they might have,

и излъчват светлина в зависимост от пигментите, които имат,

whether they're natural or whether you stain them.

независимо дали естествени или си ги оцветил.

And the chlorophyl of phytoplankton,

И хлорофилът във фитопланктона

which is green,

който е зелен

emits red light when you shine blue light on it.

излъчва червена светлина, когато го осветиш със синя.

And so we used this instrument for several years

И така ние ползвахме този инструмент няколко години

to study our phytoplankton cultures,

да изучаваме фитопланктона,

species like those charismatic ones that I showed you,

видове, като ония харизматичните, които ви показах

just studying their basic cell biology.

просто изучавайки основната биология на клетките им.

But all that time, we thought, well wouldn't it be really cool

Но през цялото време си мислехме, няма ли да е яко

if we could take an instrument like this out on a ship

ако можехме да вземем инструмент като този на кораб

and just squirt seawater through it

и да впръскваме морска вода през него

and see what all those diversity of phytoplankton would look like.

и да видим как ще изглежда цялото това разнообразие от фитопланктон.

So I managed to get my hands

И така аз успях да се докопам

on what we call a big rig in flow cytometry,

до, както го наричаме ние в поточната цитометрия, голяма апаратура,

a large, powerful laser

голям, мощен лазер

with a money-back guarantee from the company

с гаранция от една компания,

that if it didn't work on a ship, they would take it back.

че ако не работи на кораб ще ни върнат парите.

And so a young scientist that I was working with at the time,

И един млад учен, с когото работех по това време,

Rob Olson, was able to take this thing apart,

Роб Олсън, успя да разглоби на части това чудо,

put it on a ship, put it back together and take it off to sea.

да го закара на кораба, да го сглоби и да го изкара в морето.

And it worked like a charm.

И то проработи като пушка.

We didn't think it would, because we thought the ship's vibrations

Ние не предполагахме, че ще стане, понеже си мислехме че вибрациите на кораба

would get in the way of the focusing of the laser,

ще пречат на фокусирането на лазера,

but it really worked like a charm.

но то наистина сработи като пушка.

And so we mapped the phytoplankton distributions across the ocean.

И така маркирахме разпределението на фитопланктона из океана.

For the first time, you could look at them one cell at a time in real time

За пръв път, можеше да се разгледат клетка по клетка в реално време

and see what was going on -- that was very exciting.

и да видим какво се случва - беше доста вълнуващо.

But one day, Rob noticed some faint signals

Но един ден Роб забеляза някакви слаби сигнали

coming out of the instrument

идващи от машината,

that we dismissed as electronic noise

които първоначално игнорирахме като електронен шум,

for probably a year

за около година,

before we realized that it wasn't really behaving like noise.

преди да разберем, че не се държи като шум.

It had some regular patterns to it.

Имаше повтарящи се модели.

To make a long story short,

Накратко,

it was tiny, tiny little cells,

бяха миниатюрни клетки,

less than one-one hundredth the width of a human hair

по-малки от една стотна ширината на човешки косъм,

that contain chlorophyl.

съдържащи хлорофил.

That was Prochlorococcus.

Това бяха Прохлорококи.

So remember this slide that I showed you?

Помните ли слайда, който ви показах?

If you shine blue light on that same sample,

Ако осветите със синя светлина същата тази проба

this is what you see:

ще видите това:

two tiny little red light-emitting cells.

две малки клетчици излъчващи червена светлина.

Those are Prochlorococcus.

Това са Прохлорококи.

They are the smallest and most abundant photosynthetic cell on the planet.

Те са най-малките и изобилни фотосинтезиращи клетки на планетата.

Първоначално не знаехме какво са,

At first, we didn't know what they were,

затова ги нарекохме "малките зеленотии".

so we called the "little greens."

It was a very affectionate name for them.

Беше много гальовно име за тях.

Ultimately, we knew enough about them to give them the name Prochlorococcus,

В един момент, знаехме достатъчно за тях, че да им дадем името Прохлорококи,

which means "primitive green berry."

което означава примитивни зелени плодове.

And it was about that time

И горе-долу по това време

that I became so smitten by these little cells

толкова се влюбих в тези малки клетки,

that I redirected my entire lab to study them and nothing else,

че пренасочих цялата ми лаборатория да изучава само тях и нищо друго

and my loyalty to them has really paid off.

и лоялоността ми към тях се отплати.

They've given me a tremendous amount, including bringing me here.

Те ми дадоха огромна значимост, включително ме доведоха тук.

(Applause)

(Аплодисменти)

So over the years, we and others, many others,

И така през годините, ние и други, много други,

have studied Prochlorococcus across the oceans

изучавахме Прохлорококи из океаните

and found that they're very abundant over wide, wide ranges

и открихме, че са много разпространени в широки граници

in the open ocean ecosystem.

из екосистемата на открития океан.

They're particularly abundant in what are called the open ocean gyres.

Те са особено изобилни в така наречените циркулиращи океански течения.

These are sometimes referred to as the deserts of the oceans,

Същите понякога се наричат океански пустини,

but they're not deserts at all.

но изобщо не са пустини.

Their deep blue water is teeming

Тяхната дълбока синя водя изобилства

with a hundred million Prochlorococcus cells per liter.

от стотици милиони клетки Прохлорококи на литър.

If you crowd them together like we do in our cultures,

Ако ги скупчите, както правим ние в посявките си

you can see their beautiful green chlorophyl.

ще видите техния прекрасен зелен хлорофил.

One of those test tubes has a billion Prochlorococcus in it,

Една от тези тестови тръбички съдържа милиард Прохлорококи

and as I told you earlier,

и както ви казах по-рано

there are three billion billion billion of them on the planet.

има три милиард милиард милиарда от тях на планетата.

That's three octillion,

Това са три октилиона,

if you care to convert.

ако бройката е важна.

(Laughter)

(Смях)

And collectively, they weigh more than the human population

И общо те тежат повече от човешката популация

and they photosynthesize as much as all of the crops on land.

и фотосинтезират, толкова, колкото всички растения на сушата.

They're incredibly important in the global ocean.

Те са изключително важни в световния океан.

So over the years, as we were studying them

Та през годините, докато ги изучавахме

and found how abundant they were,

и открихме колко са разпространени,

we thought, hmm, this is really strange.

си мислехме, хм.., колко странно.

How can a single species be so abundant across so many different habitats?

Как може един вид да е разпространен на толкова много различни хабитати?

And as we isolated more into culture,

И докато изолирахме още в посевки

we learned that they are different ecotypes.

научихме, че са различни екотипове.

There are some that are adapted to the high-light intensities

Някои са адаптирани към висок интензитет на светлина

in the surface water,

на повърхността на водата,

and there are some that are adapted to the low light in the deep ocean.

някои са адаптирани към слаба осветеност в дълбините на океана.

In fact, those cells that live in the bottom of the sunlit zone

Всъщност, тези клетки, които живеят на дъното на огряваната зона

are the most efficient photosynthesizers of any known cell.

са най-ефективните фотосинтезатори сред всички познати клетки.

And then we learned that there are some strains

После научихме, че има някои щамове,

that grow optimally along the equator,

които се развиват оптимално около екватора

where there are higher temperatures,

където температурите са високи,

and some that do better at the cooler temperatures

а някои се справят по-добре на по-хладно,

as you go north and south.

отивайки на север и на юг.

So as we studied these more and more and kept finding more and more diversity,

И така докато ги изучавахме все повече и откривахме все по-голямо разнообразие

we thought, oh my God, how diverse are these things?

си мислехме, Боже, колко разнообразни са тези неща?

And about that time, it became possible to sequence their genomes

И по това време стана възможно да се проследи генома им,

and really look under the hood and look at their genetic makeup.

и да се види под похлупака, и да се разгледа генетичният им строеж.

And we've been able to sequence the genomes of cultures that we have,

Имахме възможността да проследим генома на посевките, които имаме,

but also recently, using flow cytometry,

но и от скоро, използвайки поточната цитометрия

we can isolate individual cells from the wild

да изолираме индивидуални клетки

and sequence their individual genomes,

и да проследим индивидуалните им геноми

and now we've sequenced hundreds of Prochlorococcus.

и до момента сме проследили стотици Прохлорококи.

And although each cell has roughly 2,000 genes --

И макар, че всяка клетка има грубо 2000 гени,

that's one tenth the size of the human genome --

което е една десета от човешкия геном,

as you sequence more and more,

като проследяваш още и още

you find that they only have a thousand of those in common

установяваш, че те имат само хиляда общи,

and the other thousand for each individual strain

а другите хиляда, за всеки отделен щам,

is drawn from an enormous gene pool,

са избрани от огромен генофонд,

and it reflects the particular environment that the cell might have thrived in,

който отразява специфичната среда, в която клетката е виряла,

not just high or low light or high or low temperature,

не само силна и слаба светлина или висока и ниска температура,

but whether there are nutrients that limit them

но и дали има хранителни вещества, които ги ограничават

like nitrogen, phosphorus or iron.

като азот, фосфор или желязо.

It reflects the habitat that they come from.

Отразява хабитата, от който идват.

Think of it this way.

Представете си го така.

If each cell is a smartphone

Всяка клетка е смартфон,

and the apps are the genes,

а приложенията са гените,

when you get your smartphone, it comes with these built-in apps.

когато купите смартфона си, идва с вградени приложения.

Those are the ones that you can't delete if you're an iPhone person.

Тези не може да изтриете, ако сте айфон потребител.

You press on them and they don't jiggle and they don't have x's.

Натискате ги и те не треперят и нямат "X" бутон.

Even if you don't want them, you can't get rid of them.

Дажи и да не ги искате, не може да се отървете от тях.

(Laughter)

(Смях)

Those are like the core genes of Prochlorococcus.

Това са като основните гени на Прохлорококите.

They're the essence of the phone.

Те са същността на смартфона.

But you have a huge pool of apps to draw upon

Но имате огромен набор от приложения, от които да си избирате

to make your phone custom-designed for your particular lifestyle and habitat.

за да направите телефона си персонализиран за вашия начин на живот и среда.

If you travel a lot, you'll have a lot of travel apps,

Ако пътувате често, ще имате много приложения за пътувания,

if you're into financial things, you might have a lot of financial apps,

ако сте финансист, ще имате финансови приложения,

or if you're like me,

а ако сте като мен,

you probably have a lot of weather apps,

вероятно имате доста метеорологични приложения,

hoping one of them will tell you what you want to hear.

надявайки се поне едно да ви каже, каквото искате да чуете.

(Laughter)

(Смях)

And I've learned the last couple days in Vancouver

А научих последните няколко дни във Ванкувър,

that you don't need a weather app -- you just need an umbrella.

че не е нужно приложение за времето, просто ти трябва чадър.

So --

Та ...

(Laughter)

(Смях)

(Applause)

(Аплодисменти)

So just as your smartphone tells us something about how you live your life,

Та както смартфонът ви ни казва нещо за това как живеете живота си,

your lifestyle,

стилът ви на живот,

reading the genome of a Prochlorococcus cell

разчитането на генома на клетките на Прохлорококите

tells us what the pressures are in its environment.

ни казва какви са предизвикателствата в тяхната среда.

It's like reading its diary,

Все едно четеш дневника им,

not only telling us how it got through its day or its week,

не само как е минал деня или седмицата им,

but even its evolutionary history.

но дори и еволюционната им история.

Тъй като ги изучавахме, както казах проследихме стотици от тези клетки,

As we studied -- I said we've sequenced hundreds of these cells,

and we can now project

можем да предскажем

what is the total genetic size --

какъв е генетичният размер,

gene pool --

генофонда

of the Prochlorococcus federation, as we call it.

на федерацията на Прохлорококите, както ги наричаме.

It's like a superorganism.

То е като свръхорганизъм.

And it turns out that projections are

Излиза, че прогнозите са,

that the collective has 80,000 genes.

че сумарно имат 80 хиляди гена.

That's four times the size of the human genome.

Това е четири пъти човешкия геном.

And it's that diversity of gene pools

И точно това генетично разнообразие

that makes it possible for them

прави възможно

to dominate these large regions of the oceans

доминирането на такива огромни региони в океана

and maintain their stability

и да поддържа стабилността им

year in and year out.

година след година.

So when I daydream about Prochlorococcus,

Когато си бленувам по Прохлорококите,

which I probably do more than is healthy --

което правя по-често, от колкото е здравословно ...

(Laughter)

(Смях)

I imagine them floating out there,

представям си ги плаващи там някъде,

doing their job,

вършейки работата си

maintaining the planet,

да поддържат планетата,

feeding the animals.

да изхранват животните.

But also I inevitably end up

Но в същото време неизбежно се сещам

thinking about what a masterpiece they are,

за това какъв шедьовър са

finely tuned by millions of years of evolution.

прецизно настроени през милионите години еволюция.

With 2,000 genes,

С 2000 гена,

they can do what all of our human ingenuity

могат да правят това, което цялата човешка изобретателност

has not figured out how to do yet.

все още не е установила как да прави.

They can take solar energy, CO2

Те могат да вземат слънчева енергия, въглероден диоксид

and turn it into chemical energy in the form of organic carbon,

и да ги превръщат в химична енергия под формата на органичен въглерод,

locking that sunlight in those carbon bonds.

заключвайки тази светлина във въглеродните връзки.

If we could figure out exactly how they do this,

Ако открием как точно правят това,

it could inspire designs

то може да вдъхнови дизайни,

that could reduce our dependency on fossil fuels,

които да намалят зависимостта ни от изкопаеми горива,

which brings my story full circle.

което връща историята ми в началото.

The fossil fuels that are buried that we're burning

Заровените изкопаеми горива, които изгаряме

took millions of years for the earth to bury those,

са отнели милиони години на Земята да зарови,

including those ancestors of Prochlorococcus,

включително онези предци на Прохлорококите,

and we're burning that now in the blink of an eye

а ние ги изгаряме за един миг

on geological timescales.

в геологичен времеви план.

Carbon dioxide is increasing in the atmosphere.

Въглеродният диоксид в атомсферата се увеличава.

It's a greenhouse gas.

Той е парников газ.

The oceans are starting to warm.

Океаните се затоплят.

So the question is, what is that going to do

И въпросът е това какво общо има

for my Prochlorococcus?

с моите Прохлорококи?

And I'm sure you're expecting me to say that my beloved microbes are doomed,

И съм убедена, че очаквате да кажа, че любимите ми микроби са обречени

but in fact they're not.

но всъщност, те не са.

Projections are that their populations will expand as the ocean warms

Прогнозите са, че със затоплянето на океаните, популацията им ще се увеличи

to 30 percent larger by the year 2100.

с 30 процента до 2100 година.

Does that make me happy?

Това прави ли ме щастлива?

Well, it makes me happy for Prochlorococcus of course --

Ами, това ме прави щаслива за Прохлорококите, разбира се,

(Laughter)

(Смях)

but not for the planet.

но не и за планетата.

There are winners and losers

Има печеливши и губещи

in this global experiment that we've undertaken,

в този глобален експеримент, който сме предприели

and it's projected that among the losers

и се предполага, че някои от губещите

will be some of those larger phytoplankton,

ще са някои от по-големите фитопланктони,

those charismatic ones

тези харизматичните,

which are expected to be reduced in numbers,

за които се очаква да намалеят,

and they're the ones that feed the zooplankton that feed the fish

а те са тези, които изхранват зоопланктона, който изхранва рибите,

that we like to harvest.

които ние обичаме да ловим.

So Prochlorococcus has been my muse for the past 35 years,

И така Прохлорококус е моята муза за последните 35 години,

but there are legions of other microbes out there

но има легиони други микроби навън,

maintaining our planet for us.

които поддържат планетата ни вместо нас.

They're out there

Те са там някъде

ready and waiting for us to find them so they can tell their stories, too.

готови и очакващи да ги открием, за да могат да ни разкажат и техните истории.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)