Ny model kaster lys over dag/nat-cyklus i det globale hav

Planteplankton er grundlaget for alt liv på planeten. At forstå, hvordan disse fotosyntetiske organismer reagerer på deres havmiljø, er vigtigt for at forstå resten af ​​fødenettet.

På trods af det inkluderer computermodeller af den globale havbiogeokemi typisk ikke lyscyklussen dag/nat (diel), selvom denne cyklus er kritisk for fotosyntesen i havets primære producenter.

For første gang har forskere fra Ecosystems Center ved Marine Biological Laboratory (MBL) inkorporeret dielets cyklus i en global havmodel for at undersøge dens virkninger på fytoplankton. Deres undersøgelse, offentliggjort i Global Ecology and Biogeography , er den første til at undersøge, hvordan dag/nat-cyklussen påvirker biogeografien og diversiteten af ​​disse primære producenter.

Modellen tilbød naturligt lys og mørke cyklusser over det globale hav til 15 simulerede fytoplanktontyper. Den blev derefter sammenlignet med en kontrolsimulering ved brug af den samme planktonmodel, men belyst med lys i gennemsnit over 24-timers perioder. Målet var at se, hvordan dele-lyscyklusser påvirkede fytoplanktonproduktiviteten og ændrede næringsstofkoncentrationsdynamikken.

Det simulerede fytoplankton var alle forskellige cellestørrelser og adskilt i to forskellige grupper med to brede økologiske strategier. "Gleaners" simulerede mindre celler med høj næringsstofaffinitet (hvilket betyder, at de kunne fange næringsstoffer ud af vandsøjlen, selvom disse næringsstoffer var i lave mængder), men langsom vækst, og "opportunister" simulerede større celler med højere maksimal væksthastighed, men lav næringsstofaffinitet (det betyder, at de klarede sig bedre i næringsrigt vand). Disse var repræsentationer af ægte planteplankton baseret på parametre fra laboratoriekulturer.

Forskerne fandt ud af, at diel-cyklussen faktisk havde betydning for det simulerede fytoplankton.

"Vi ved, at mange træk ved forskellige planteplankton er baseret på dag/nat-cyklussen. Nogle dinoflagelleter går dybere [i vandsøjlen] for at få flere næringsstoffer og går derefter op til fotosyntese. Nogle lagrer kulstof i løbet af dagen, så de kan bruge det om natten," siger Ioannis Tsakalakis, MBL-postdoktor og førsteforfatter på papiret.

Modellen viste, at dielcyklusser er forbundet med højere koncentrationer af begrænsede næringsstoffer, hvilket betød, at på lavere breddegrader (−40° til 40°), var de simulerede opportunister mere talrige end de indsamlede sammenlignet med kontrolsimuleringen. Dette inkluderer phytoplanktonlignende kiselalger. Denne mekanisme blev mindre vigtig på højere breddegrader, hvor virkningerne af årstidens lyscyklus var stærkere end dag/nat-cyklusserne.

Hvis videnskabsmænd ikke forstår, hvordan fytoplankton får deres energi som primære producenter i bunden af ​​fødenettet, er det svært at drage slutninger om samspillet mellem resten af ​​det globale havfødevæv – helt op til mennesker.

Så hvorfor har ingen inkluderet diel-cyklussen før?

Det globale hav er enormt, og det samme er de modeller, der repræsenterer det. For at kæmpe med kompleksiteten af, hvad der sker i havet, forenkler modelbyggere ofte visse processer. Typiske modeller inkorporerer kun sæsonbestemte lysskift i stedet for at tilføje de mere finkornede detaljer i dag/nat-cyklussen. Dette er for det meste en beregningsbeslutning, siger MBL Senior Scientist Joe Vallino, seniorforfatter på papiret. "Hvis du ikke løser fine tidsdetaljer, kører [modellerne] generelt hurtigere."

"Du skubber imod hardwarebegrænsningerne," siger Vallino. "Du ønsker ikke, at en 10-årig simulering skal tage 10 år at simulere."

Men efterhånden som klimaændringerne skrider frem, er forståelsen af, hvordan havet fungerer, afgørende for at forstå, hvordan global opvarmning og forhøjet kuldioxid påvirker det.

"Denne model bidrager til at fremme vores grundlæggende forståelse af, hvordan havet fungerer," siger Vallino og tilføjer, at efterhånden som forskere laver bedre havmodeller, kan de i sidste ende bruge dem til at undersøge mulige løsninger på klimaændringer og samtidig minimere utilsigtede konsekvenser.

"At være i stand til at forudsige, hvordan fordelingen af ​​planteplankton vil ændre sig, vil få konsekvenser højere oppe i fødenettet," siger Vallino. "Hvis du ikke kan få den grundændring rigtigt, kan du ikke få noget, der er forbundet med det over det." + Udforsk yderligere

Optager havene mere CO2 end forventet?