Forskere viser, at koraller tilpasser fotosyntesehastigheder til de fremherskende miljøforhold

I lighed med skove på land, den vigtigste energikilde til tropiske lavvandede koralrev er lys. Fotosyntetiske alger, kaldet zooxanthellae, lever i vævet af koraller, der bygger rev og forsyner dem med ilt og fotosynteseprodukter, herunder glucose og aminosyrer. Korallerne, på tur, bruge disse produkter som energikilden til at bygge calciumcarbonatskeletter og dyrke mere levende væv. Andre økologisk vigtige revorganismer, såsom makroalger og tørvealger, også afhængig af lys for vækst og reproduktion, gør lys til drivkraften bag væksten og den samlede produktivitet af koralrevs økosystemer.

Af denne grund, Koralrevsforskere er interesserede i at bestemme forholdet mellem primær produktivitet og varierende lysforhold. I et papir offentliggjort i sidste måned af to BIOS-revøkologer i det videnskabelige tidsskrift PLoS ONE , postdoc-forsker Yvonne Sawall og hendes rådgiver, associeret videnskabsmand Eric Hochberg, fremlægge bevis for, at rev optimerer deres fotosyntesekapacitet til de fremherskende miljøforhold, såsom generel tilgængelighed af lys, næringsstoffer, carbondioxid, og temperatur.

"Primærproduktion, eller mængden af ​​fotosyntese, der finder sted, bestemmer i sidste ende revets biomasse og vækst, "Sawall sagde. "Dette betyder, at nøjagtige målinger af produktivitet er afgørende for at forstå revets funktion."

I fortiden, målinger af fotosyntese er typisk blevet foretaget over en kort tidsperiode på minutter til timer. Resultaterne af disse målinger, kaldet øjeblikkelige P-E-kurver, aftegne forholdet mellem primær produktivitet og mængden af ​​lys, der kommer ind i systemet (også kaldet irradians). Over korte perioder, disse grafer producerer et klassisk forhold, hvor produktiviteten stiger lineært til et punkt (kaldet mætningspunktet) før udjævning, hvilket betyder, at koraller kun kan øge deres fotosyntese op til et vist lysniveau, hvorefter der ikke observeres yderligere stigning.

Imidlertid, Sawall og Hochberg mener, at langsigtede målinger er nødvendige for nøjagtigt at måle revets produktivitet.

"Traditionelle P-E-kurver ignorerer det faktum, at himmelforhold og lystilgængelighed ændrer sig i løbet af en enkelt dag, såvel som på tværs af årstiderne og på forskellige steder rundt om i verden, " sagde Hochberg. "I sidste ende, disse begrænsninger påvirker, hvordan vi karakteriserer et revs langsigtede kapacitet til primær produktivitet."

Hochberg påpegede, at terrestriske videnskabsmænd længe har forstået, at planter kan justere deres fotosyntetiske pigmentniveauer for bedst muligt at udnytte det langsigtede, fremherskende lysfelt. I praksis, dette betyder, at - selvom lysniveauerne kan ændre sig betydeligt på korte tidsskalaer og i små områder - har planterne tilpasset sig således, at gennemsnitlig, de absorberer ikke mere lys, end de kan bruge. I betragtning af at rev er sammensat af fotosyntetiske organismer, det virkede sandsynligt, at et lignende forhold ville holde.

Med henblik på deres undersøgelse, Sawall og Hochberg opnåede først 52 øjeblikkelige P-E-kurver, der repræsenterer en bred vifte af bentiske organismer (koraller og alger) og samfund (koraldomineret, tørv alger dominerede, og sand med mikroalger), samt miljøforhold. Derefter, at beregne daglig (langsigtet) irradians, der repræsenterer forskellige skyintensiteter og daglængder, de samlede mere end 900 lystilgængelighedskurver indsamlet over en treårig periode af National Weather Service-instrumenter i L.F. Wade International Airport i Bermuda.

Brug af computermodeller, holdet integrerede de øjeblikkelige P-E-kurver med de daglige irradianskurver, resulterer i tidsintegrerede P-E-kurver, der viser forholdet mellem fotosyntese og lystilgængelighed over en hel dag. Uden undtagelse, alle de modellerede tidsintegrerede kurver viste, at fotosyntesen i bentiske koralrevssamfund ikke når et mætningspunkt. Det er, fotosyntese kan mættes et øjeblik, men det gør den samlede daglige fotosyntese ikke.

"Disse resultater indikerer, at revorganismer, inklusive både koraller og alger, højst sandsynligt optimere fotosyntesen i samme grad som landplanter, i størrelsesordenen en dag eller længere, " sagde Sawall.

Fra en rev-forskers synspunkt, der forsøger at forstå, hvordan rev-økosystemer fungerer, disse resultater peger på fotosyntese som en "økologisk integrator, "hvilket betyder, at fotosyntesehastigheder reagerer på alle de belastninger, som en organisme står over for, inklusive temperatur, lys tilgængelighed, kuldioxid niveauer, og tilgængelighed af næringsstoffer.

I efterfølgende forskning, Hochberg og Sawall udforsker forholdet mellem en organismes farve og dens totale daglige fotosyntese. Disse to parametre bestemmes af en organismes pigmentniveauer, og jordbaseret forskning har vist, at fotosyntese kan forudsiges ved måling af farve udtrykt af pigmenterne. Det betyder, at et fjernmålingssystem, såsom Hochbergs COral Reef Airborne Laboratory (CORAL) projekt, har potentialet til direkte at estimere økosystemets primærproduktion uden behov for besværlige in situ vandkemimålinger. Primærproduktion er en af ​​de målinger, som forskere bruger til at måle revets sundhed og økosystemets funktion. Nøjagtige skøn over primærproduktionen er særligt vigtige for at bestemme, hvordan rev rundt om i verden bliver påvirket af globale klimaændringer.