For mikroskopiske organismer fungerer havstrømme som motorvej til dybere dybder, viser undersøgelser

Nogle af havets mindste organismer bliver fejet ind i undervandsstrømme, der fungerer som en kanal, der transporterer dem fra den solrige overflade til dybere, mørkere dybder, hvor de spiller en enorm rolle i at påvirke havets kemi og økosystem, ifølge ny forskning.

Udgivet i Proceedings of the National Academy of Sciences og baseret på feltarbejde under tre forskningskrydstogter, der spænder fra 2017 til 2019, fokuserer undersøgelsen på subtropiske områder i Middelhavet. Den afslørede, hvordan nogle mikroskopiske encellede organismer, der er for lette til at synke over 100 meter eller deromkring – som fytoplankton og bakterier – ender med at gå dybere ned i havet, hvor der ikke er nok sollys til, at disse fotosyntetiske organismer kan vokse, leve og spise.

"Vi fandt ud af, at fordi disse organismer er så små, kan de blive fejet op af havstrømme, som derefter bringer dem dybere end der, hvor de vokser," sagde Mara Freilich, en assisterende professor i Brown University's afdeling for anvendt matematik og Department of Earth, Environmental og Planetariske Videnskaber, der lancerede arbejdet som ph.d. studerende et fælles program ved MIT og Woods Hole Oceanographic Institution. "Det er ofte en envejs tur for disse organismer, men ved at tage denne tur spiller de en afgørende rolle i at forbinde forskellige dele af havet."

Freilich foretog forskningen under sin ph.d. med Amala Mahadevan, seniorforsker ved Woods Hole, i et tæt samarbejde med seniorforsker ved Marine Biological Laboratory Alexandra Z. Worden og hendes team.

De strømme, holdet fandt, kaldes indtrængen, og ved at feje de bittesmå organismer op, hjælper de med at ændre de typer af fødevarer, der er tilgængelige i de dybere lag af havet, samtidig med at de transporterer en betydelig mængde kulstof fra vandoverfladen. Dette hjælper med at fodre andre organismer i havets fødekæde og øger kompleksiteten af ​​økosystemet på dybere dybder, hvilket påvirker, hvordan liv og kemi fungerer under vandet.

Alt i alt udfordrer undersøgelsen konventionel forståelse af, hvordan kulstof, som omdannes til organisk stof ved fotosyntese i havets solbeskinnede lag, bliver transporteret til dybden.

"Størstedelen af ​​fotosyntesen - hvorved lys omdannes til organisk kulstof, en fødekilde for levende organismer - sker i de øverste 50 meter af havet, så spørgsmålet har altid været:Hvordan kommer det kulstof, der bliver fikseret gennem fotosyntesen, ind i det dybe hav?" sagde Freilich.

"Sænkningen af ​​kulstofrige partikler har altid været anset for at være det eneste svar på dette spørgsmål. Men det, vi fandt, er, at små, encellede organismer bliver fanget i oceanstrømmen for at danne indtrængen... Sådanne indtrængen er væsentlige træk ved subtropisk hav – mens de strækker sig titusinder af kilometer sideværts, falder de også hundredvis af meter i lodret retning, og bringer celler og kulstof med sig

Forskerne fandt ud af, at indtrængningerne sker året rundt og stammer fra områder rige på biomasse, herunder hvor de plantelignende organismer er i deres højeste koncentrationer. Tidligere troede man kun, at havstrømme transporterede kulstof til dybden sæsonmæssigt. Forskerne foreslår, at disse indtrængen er udbredt i verdens subtropiske oceaner. De sørger for ledninger til kontinuerlig transport af kulstof og ilt fra det solbeskinnede hav til dybden.

"Vi observerede mikrobielle samfund, der lignede overflademikrobielle samfund ned til 200 meter," sagde Freilich. "I andre regioner tror vi, at dette kunne være meget dybere. Til vores overraskelse fandt vi ud af, at størstedelen af ​​mikroberne i indtrængningerne var bakterier, der lever af kulstof, der er fikseret af de fotosyntetiserende celler. Dette viste, at hovedparten af ​​den biomasse, der transporteres fra de solbelyste lag bestående af ikke-fotosyntetiske mikrober."

Inden for et samarbejde mellem USA, Spanien og Italien tog forskerne på tre ture til det subtropiske Middelhav for undersøgelsen. De brugte specielle værktøjer til at måle egenskaber som vandtemperatur, saltholdighed og mængden af ​​de små organismer på forskellige dybder. Analyserne, udført i samarbejde med mikrobiel økolog Alexandra Worden ved Marine Biological Laboratory, hjalp med at vise forskellene mellem indtrængningsprøver og baggrundsvand.

At se, at de mikrobielle samfund i de dybere indtrængningsprøver lignede overflademikrobielle samfund, viste, at de blev transporteret til dybden. Forskerne brugte også computermodeller til at simulere havstrømme for at afsløre, hvordan samfundene af små planter og bakterier bevægede sig i vandet.

"Med de stærke data fra Middelhavet, der etablerer denne proces med tredimensionelle ledninger som en mekanisme til at bringe overflademikrober til det mørke hav i varmt vand, har vi været i stand til at se spor af lignende eksport i store åbne havområder," sagde Worden .

Sammen med at understrege den økologiske betydning af indtrængen i udformningen af ​​oceanisk biodiversitet, berører undersøgelsen også, hvordan indtrængen kan blive påvirket af klimaændringer. Det menes, at når jordens oceaner bliver varmere, vil andelen af ​​kulstof i bittesmå celler stige, og transporten i indtrængen bliver muligvis ikke så påvirket som andre mekanismer, der fører kulstof til dybden. Indtrængen ændrer vores forståelse af, hvordan kulstof bevæger sig rundt i havet og kan hjælpe med at regulere kulstoflagring og mikrobiel dynamik i det dybe hav.

"Der er så meget mere at udforske nu, hvor vi har fundet dette," sagde Freilich. "Det næste er at tage det, vi har lært her, og afgøre, om vi kan bruge dette til at forudsige, hvordan ændringer i det mikrobielle samfunds sammensætning vil påvirke transporten af ​​kulstof og det globale kulstofkredsløb i et foranderligt klima."

Flere oplysninger: Mara A. Freilich et al., 3D-intrusions transporterer aktive overflademikrobielle samlinger til det mørke hav, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2319937121

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af Brown University