Mindre end forventet fytoplankton kan betyde mindre kulstofbinding på havbunden

En undersøgelse, der inkluderede den første vinterprøvetagning af fytoplankton i Nordatlanten nogensinde afslørede celler, der var mindre end hvad forskerne forventede, hvilket betyder, at et nøglevåben i kampen mod overskydende kuldioxid i atmosfæren måske ikke er så stærkt, som man havde troet.

Dermed, almindeligt anvendte kulstofbindingsmodeller kan være for optimistiske.

Oregon State University forskning i de mikroskopiske alger, del af NASA's North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study, blev offentliggjort i denne uge i International Society for Microbial Ecology Journal .

Resultaterne er vigtige, fordi forårets planteplanktonopblomstring i Nordatlanten "formentlig er den største biologiske kulstofbindingsmekanisme på planeten hvert år, og størrelsen af ​​celler bestemmer, hvor hurtigt det kulstof synker, " sagde undersøgelsens tilsvarende forfatter, OSU College of Science mikrobiologiforsker Steve Giovannoni.

OSU postdoc-forsker Luis Bolaños er hovedforfatter.

Fytoplankton er mikroskopiske organismer i bunden af ​​havets fødekæde og en nøglekomponent i en kritisk biologisk kulstofpumpe. De fleste flyder i den øvre del af havet, hvor sollys nemt kan nå dem.

De bittesmå planter har stor effekt på niveauet af kuldioxid i atmosfæren ved at suge det op under fotosyntesen. Det er en naturlig vask og en af ​​de største måder, CO ₂ , den mest udbredte drivhusgas, er skrubbet af atmosfæren. At forstå, hvordan og hvorfor planteplankton blomstrer hvert forår er afgørende for at lære, hvordan jordens levende systemer kan reagere på globale klimaændringer.

Mens havet trækker atmosfærisk kuldioxid ind, planteplankton bruger CO ₂ og sollys til fotosyntese:De omdanner dem til sukkerarter, som cellerne kan bruge til energi, producerer ilt i processen.

Planteplanktoncellerne absorberer denne CO ₂ til sidst synker til bunden af ​​havet, når de dør. Planetens økologiske sundhed afhænger af regelmæssige planktonopblomstringer, såsom forårsbegivenheden i Nordatlanten, hvor et stort antal planteplankton ophobes over tusindvis af kvadratkilometer.

Det større projekt, som Bolaños og Giovannoni var en del af, undersøgelsen af ​​nordatlantiske aerosoler og marine økosystemer, blev ledet af Michael Behrenfeld fra OSU College of Agricultural Sciences. Holdet brugte skibs- og flybaserede målinger og satellit- og havsensordata til at hjælpe med at afklare de årlige fytoplanktoncyklusser og deres forhold til atmosfæriske aerosoler.

Aerosoler er små partikler suspenderet i atmosfæren, som kan påvirke Jordens klima- og strålingsbudget - ved at kaste sollys tilbage i rummet og, i den lavere atmosfære, ved at ændre størrelsen af ​​skypartikler, som ændrer, hvordan skyer reflekterer og absorberer sollys.

Bolaños, Giovannoni og deres samarbejdspartnere prøvede fytoplankton i det vestlige Nordatlanten både tidligt om vinteren og foråret for at forsøge at få styr på, hvordan fytoplanktonsamfundet skiftede mellem disse årstider.

I tidligere forskning, Behrenfeld fandt, at stigningen i antallet af planteplankton, vist ved klorofyl- og kulstofkoncentrationer, begynder midtvinteren, når vækstbetingelserne er værst frem for at blive startet af forårsvejrets begyndelse.

"Overfladelaget i Nordatlanten er dybt blandet om vinteren af ​​storme og temperaturafhængig 'konvektiv' blanding, Behrenfeld forklarede. "Dette får planteplankton til at blive spredt mere tyndt i vandet, gør det svært for de små dyr, der spiser fytoplankton, at spore deres bytte. Reduktionen i fodring gør det muligt for fytoplanktonet at få et forspring i væksten som en åbningshandling til den massive opblomstring, der opstår, når vinterstormene aftager, og vækstbetingelserne bliver bedre. Ved forårets slutning, græsserne har gjort det tabte terræn, spiser fytoplanktonet, mens det vokser og bringer blomstringen til ophør."

Omkring halvdelen af ​​organismerne i forårsblomstringen, som forskerne tog prøver af, kunne ikke genetisk spores til vinterprøverne, sagde Bolaños.

"Dette tyder på, at der er livshistoriestrategier, hvormed phytoplankton, der ikke kan påvises om vinteren, kan stige til et højt antal om foråret, eller der er en hurtig samfundsomsætning på grund af cirkulation af vandmasser, " han sagde.

Bolaños tilføjede, at kiselalger, menes at dominere fytoplanktonopblomstring i Nordatlanten, var ofte ikke en stor del af prøvernes genetiske profiler, og da de var en stor del, cellerne var små - enten af ​​sorten nano-fytoplankton eller i den mindre ende af mikro-fytoplankton-skalaen.

"Biogeokemiske modeller er ofte påvirket af opfattelsen af, at nordatlantiske fytoplanktonopblomstringer er sammensat af store celler, " sagde han. "Den opfattelse er blevet videreført af modeller, der antager, at kiselalger er ensartet store celler. Men det er de ikke."

Algoritmer, der forudsiger kulstofeksport fra satellitregistreret klorofyl, har en tendens til at tildele høje eksportrater til fytoplanktonopblomstringer efter troen, baseret på observationer fra det østlige Nordatlanten, at store kiselalger dominerer ved deres klimaks.

Resultaterne af denne undersøgelse, Giovannoni sagde, tyder på, at ekstrapolering af disse observationer til det vestlige Nordatlanten måske ikke er en gyldig praksis.

"Vi er ikke sikre på, om vores nye observationer af små planteplankton i det vestlige Nordatlanten skyldes fysiske forskelle mellem det vestlige og østlige Nordatlanten, havopvarmning og højere atmosfærisk CO ₂ koncentrationer, eller begrænsninger af tidligere forskningsmetoder, " sagde han. "Der er også en chance for, at vores observationer var en anomali, en tilfældighed. Vi ved det ikke med sikkerhed."

Celler mindre end 20 mikrometer i diameter udgjorde det meste af fytoplanktonbiomassen i undersøgelsesprøverne. Kiselalger var vigtige bidragydere, men ikke hovedbestanddelen af ​​biomasse.

"Vi fandt ud af, at det var forskelligt, små planteplankton-taxaer var uventet almindelige i det vestlige Nordatlanten, og at regionale påvirkninger spiller en stor rolle i samfundsovergange under den sæsonbestemte udvikling af opblomstringer, " sagde Giovannoni. "Den dybt kontrasterende sammensætning af vintersamfundet, og dominansen af ​​små taxaer, som vi fandt i foråret, er systemtræk, der ændrer vores perspektiv og er områder for fremtidig forskning. Vores resultater kan have store implikationer for at forstå, hvordan opblomstringerne påvirker regional kulstofbiogeokemi - de multiartsopblomstringer, vi beskriver, kan have lavere kulstofeksporteffektivitet, end modellerne typisk tillader."