Mikrober dikterer regimeskift, der forårsager anoxi i søer og have

Gradvise miljøændringer på grund af eutrofiering og global opvarmning kan forårsage en hurtig nedbrydning af iltniveauet i søer og kystvande. En ny undersøgelse ledet af professorerne Jef Huisman og Gerard Muyzer fra University of Amsterdam (UvA) viser, at mikroorganismer spiller en nøglerolle i disse katastrofale regimeskift. Forskernes resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation den 6. oktober.

Regimeskift er pludselige, store og vedvarende ændringer i økosystemernes struktur og funktion udløst af gradvise ændringer i miljøforholdene. Regimeskift er blevet beskrevet for en lang række økosystemer. Én type regimeskift kan forekomme i søer og kystvande, når en hurtig udtømning af koncentrationen af ​​opløst ilt fører til iltmangel, hvilket er skadeligt for de fleste vandlevende organismer. Selvom dette fænomen er velkendt, de underliggende mekanismer, der forårsager overgangen fra oxiske til anoxiske tilstande, er ikke fuldt ud forstået.

Forskere fra UvA og University of Edinburgh udviklede en matematisk model til at undersøge interaktioner mellem den mikrobielle artssammensætning og koncentrationen af ​​opløst ilt. De opdagede, at søer kan være i to alternative stabile tilstande:en hvor søen er rig på ilt, og en anden, hvor den mangler ilt. Overgange fra den oxiske til den anoxiske tilstand sker i form af et regimeskifte. "Når ilttilstrømningen gradvist reduceres, til at begynde med består iltproducerende cyanobakterier og alger stadig, og søen forbliver i den oxiske tilstand, " forklarer førsteforfatter Tim Bush. "Under en kritisk tærskel, imidlertid, sulfatreducerende bakterier og fotosyntetiske svovlbakterier tager over. Disse forårsager en stigning i sulfidkoncentrationer, som derefter dræber cyanobakterierne og hurtigt vender søen fra en oxisk til en anoxisk tilstand."

En af implikationerne af dette regimeskifte er, at det ikke er let at vende tilbage til iltrige forhold. Systemet viser hysterese. Når vandet er blevet anoxisk, høje sulfidkoncentrationer opretholdt af de anaerobe svovlbakterier stabiliserer de anoxiske forhold. Som resultat, at vende tilbage til de tidligere oxiske forhold kræver en meget større ilttilstrømning end den tilstrømning, der oprindeligt bragte systemet i dets iltfattige tilstand.

Forskerne overvågede en lille sø med sæsonbestemt anoxi i de dybere vandlag for at undersøge disse modelforudsigelser. Søen udviste hysterese i overgangen mellem oxiske og anoxiske forhold, med ændringer i mikrobielle samfundssammensætning i overensstemmelse med modelforudsigelserne. Lignende fænomener er blevet observeret i eutrofieret kystvande, hvor iltfattige forhold og høje sulfidkoncentrationer har ført til massedødelighed for fisk, bløddyr og mange andre arter. Forfatterne angiver, at lignende ilt-anoksiske regimeskift sandsynligvis har fundet sted på globalt plan i Jordens geologiske fortid, da store områder af havet blev iltfattige i perioder med global opvarmning og høje atmosfæriske CO2-koncentrationer. Ifølge professorerne Huisman og Muyzer, flere aspekter er stadig ikke fuldt ud forstået eller kan ikke kvantificeres i detaljer. Imidlertid, disse resultater giver en advarsel om, at fortsat eutrofiering og opvarmning af søer og have kan skubbe disse økosystemer ud over et kritisk vendepunkt, forårsager hurtige overgange fra oxiske til anoxiske tilstande, som ikke let kan vendes.