Små mikromiljøer i havet har spor til den globale nitrogenkreds

Kvælstof er afgørende for havets liv og cykler i hele havet i et delikat afbalanceret system. Levende organismer - især havplanter kaldet fytoplankton - kræver nitrogen i processer som fotosyntese. På tur, fytoplanktonvækst optager kuldioxid fra atmosfæren og hjælper med at regulere det globale klima.

Ifølge ny forskning af Thomas Weber, en adjunkt i jord- og miljøvidenskab ved University of Rochester, små mikromiljøer i det dybe hav kan indeholde vigtige spor til den globale cirkulation af nitrogen i havvand.

I et papir udgivet i Naturgeovidenskab , Weber og hans medforfatter Daniele Bianchi, en adjunkt i atmosfæriske og oceaniske videnskaber ved UCLA, viser, at små mikrober, der fjerner nitrogen fra vandet, findes i disse mikromiljøer og er mere udbredt end tidligere antaget. Ved hjælp af disse data, de udviklede en computermodel, der ændrer den måde, vi tænker på det marine kvælstofcyklus.

"Den tidligere forståelse af nitrogencyklussen var, at nitrogen kun gik tabt fra havet i tre regioner, hvor ilt er knappe. Hvis vi ville forudsige, hvordan nitrogencyklussen ville reagere på klimaforandringer, alt, hvad vi skulle gøre, var at forudsige, hvordan disse tre områder med lavt iltindhold vil udvide eller trække sig sammen, "Weber siger." Vores undersøgelse ændrer dette billede ved at vise, at nitrogentab faktisk sker i meget større regioner, og vi er nødt til at tænke over, hvordan havet som helhed ændrer sig. "

De fleste marine organismer "ånder, "eller hvile, ved hjælp af ilt. Når der ikke er ilt i havvand, mikrober i stedet puster ved hjælp af andre forbindelser som nitrat, en form for nitrogen. "Dette har nettoeffekten af ​​at fjerne nitrogen fra havet, "Siger Weber.

Forskere troede tidligere, at anaerobe mikrober - små mikroorganismer og bakterier, der ikke har brug for ilt for at puste - kun blev fundet i lommer i havet med usædvanligt lave iltniveauer; især, tre regioner kendt som "døde zoner".

Weber og Bianchi har udviklet en computermodel, der tager højde for nye genetiske data indsamlet fra havmikrober. Dataene indikerer, at anaerobe mikrober ikke kun findes i områder med uoxygeneret vand, men trives på en eller anden måde i områder af havet, hvor der er ilt. Kvælstof, derfor, kan gå tabt over store dele af havet, ikke kun i områder, hvor ilt er knappe.

"En af de største revolutioner inden for oceanografi i de seneste år har været den genomiske revolution, "Weber siger." Oceanografer har været i stand til at måle alle de gener, der findes i havvand. "En af deres opdagelser var, at generne, der tillader anaerob respiration, ikke bare findes i de tre regioner; generne er fundet meget mere udbredt i hele ocean.

Når der er ilt tilgængeligt, der bør ikke være organismer, der responderer anaerobt, Siger Weber. "De bør udkonkurreres af ting, der bruger ilt, fordi det er en meget mere effektiv måde at puste på. "

Hvordan så, overlever disse anaerobe organismer i områder, hvor ilt er til stede?

Weber og Bianchi fandt ud af, at der findes små "mikromiljøer", der er udtømt for ilt, overalt i det dybe hav i organisk rig "marine sne"-partikler af organisk stof, såsom døde planktonceller og zooplanktons afføring, holdt sammen. Mikrober får energi ved at spise det organiske stof og bruge ilt til at trække vejret. Hvis vejrtrækningen er intens nok inde i partiklerne, alt ilt kan løbe tør, og mikroberne skifter til åndedræt ved hjælp af forbindelser udover ilt.

"Vi foreslår, at anaerobe mikrober kan trives i store dele af det iltede hav, inden for synkende organisk 'marine sne, '"Siger Bianchi." Dette ændrer den måde, vi tænker på nitrogencyklussen på, og mere generelt, anaerob metabolisme i havet, og foreslår, at begge kan reagere på klimaændringer på måder, der udfordrer vores nuværende forståelse. "

Global opvarmning får havtemperaturen til at stige, resulterer i et øget tab af ilt, som derefter kan påvirke kvælstofbudgettet over hele kloden. Når mennesker forstyrrer en del af systemet, det kan have uventede virkninger. Men computermodeller kan hjælpe med bedre at forudsige disse konsekvenser.

"Opvarmning af havet sker på grund af menneskelige kuldioxidemissioner, som varmer jorden som helhed, "Siger Weber." Indirekte, dette ændrer ilt- og nitrogenindholdet i havet. Til sidst påvirkes havens fytoplanktonvækst og deres evne til at optage kuldioxid, som derefter føder tilbage til klimaforandringerne. Vores nye arbejde og andre modelleringsindsatser vil hjælpe os med bedre at planlægge disse konsekvenser. "