Międzynarodowy zespół naukowców opublikował artykuł w Science Advances, który dostarcza przekonujących dowodów na to, że fitoplankton morski znacznie lepiej przystosowuje się do przyszłych zmian klimatu, niż wcześniej przewidywano.

Metaboliczny „hack” sprawia, że glony oceaniczne są bardziej odporne

Łącząc dane z długoterminowego programu Hawai i Ocean Time-series z nowymi symulacjami modeli klimatycznych prowadzonymi na jednym z najszybszych superkomputerów w Korei Południowej, naukowcy odkryli, że mechanizm znany jako plastyczność pobierania składników odżywczych umożliwia algom morskim przystosowanie się i radzenie sobie ze składnikami odżywczymi. Jak donosi ScienceDaily spodziewane są złe warunki oceaniczne w ciągu następnych dziesięcioleci w wyniku globalnego ocieplenia w górnej części oceanu.

Fitoplankton to mikroskopijne glony, które unoszą się na powierzchni oceanu i stanowią podstawę morskiego łańcucha pokarmowego.

Podczas fotosyntezy glony te zużywają składniki odżywcze (takie jak fosforany i azotany), absorbują rozpuszczony dwutlenek węgla i wydychają tlen, co stanowi około 50% tlenu, którym oddychają ludzie.

Zrozumienie, w jaki sposób algi morskie dostosują się do globalnego ocieplenia i wynikającej z tego utraty składników odżywczych w górnych warstwach wód oceanicznych, ma zatem kluczowe znaczenie dla zrozumienia długoterminowej zdolności do zamieszkania na naszej planecie.

Światowa roczna produkcja fitoplanktonu jest bardzo nieznana przez następne 80 lat.

Najnowsze badanie Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) ujawnia niepewność od -20% do +20%, co sugeruje, że fitoplankton będzie się zwiększał lub zmniejszał w przyszłości.

Wyższe warstwy wody są bardziej dotknięte globalnym ociepleniem niż głębsze poziomy.

Cieplejsza woda jest lżejsza, dlatego górne warstwy oceanu będą w przyszłości bardziej rozwarstwione, co zmniejszy mieszanie składników odżywczych z powierzchni podpowierzchniowej do nasłonecznionej warstwy, w której żyje fitoplankton.

Poprzednie badania ujawniły, że przewidywane przyszłe wyczerpywanie się składników odżywczych w pobliżu powierzchni oceanu doprowadzi do znacznego spadku produkcji fitoplanktonu, co będzie miało rozległe i być może katastrofalne konsekwencje zarówno dla ekosystemów morskich, jak i dla klimatu.

Jednak według nowych badań opublikowanych w Science Advances może tak nie być.

Nowe badania danych dotyczących fitoplanktonu górnego oceanu z programu Hawai’i Ocean Time-series ujawniają, że produktywność może być utrzymana nawet w warunkach poważnego wyczerpania składników odżywczych.

„W takich warunkach poszczególne komórki fitoplanktonu mogą zastąpić fosfor siarką, a na poziomie społeczności można zaobserwować dalsze przesunięcia w kierunku taksonów, które wymagają mniej fosforu” – powiedział David Karl, współautor badania, profesor oceanografii na Uniwersytecie im. University of Hawai i współzałożyciel programu Hawai i Ocean Time-series Study, aby zilustrować koncepcję plastyczności fitoplanktonu.

Dalsze dowody na zdolności adaptacyjne pochodzą z faktu, że w subtropikalnych lokalizacjach o niskim stężeniu składników odżywczych w wodach powierzchniowych algi zużywają mniej fosforu na ilość węgla zmagazynowanego w ich komórkach niż średnia światowa.

Aby zbadać, w jaki sposób ten unikalny „hack” metaboliczny może wpłynąć na globalną produktywność oceanów w ciągu następnych kilku dziesięcioleci, naukowcy przeprowadzili serię symulacji modelu klimatycznego na swoim superkomputerze Aleph przy użyciu Community Earth System Model (wersja 2,CESM2).

Naukowcy byli w stanie jakościowo zduplikować wcześniejsze szacunki modelu dotyczące 8% spadku globalnej produkcji, wyłączając w swoim modelu plastyczność fitoplanktonu.

Jednak włączenie parametru plastyczności w ich modelu w sposób, który pasuje do danych z Hawajów z ostatnich trzech dekad, skutkuje 5% wzrostem światowej produkcji do końca wieku.

„Jednak regionalnie te potencjalne wahania produktywności mogą być znacznie większe, sięgając nawet 200% w regionach subtropikalnych”, mówi dr Eun Young Kwon, pierwsza autorka badania i badaczka z IBS Center for Climate Physics na Uniwersytecie Pusan w Południowej Korea.

Dzięki tej zwiększonej produktywności ocean może absorbować więcej CO2 z atmosfery i ostatecznie sekwestrować go pod powierzchnią oceanu.

Fitoplankton i jego wpływ na jakość wody

Obfitość fitoplanktonu jest często wysoka w stawach akwakultury ze względu na wysokie stężenie składników odżywczych z nawozów lub paszy, czytamy w Global Seafood.

Fitoplankton absorbuje składniki odżywcze z wody i eliminuje azot amonowy z wody, co jest szczególnie istotne w ograniczaniu ilości tego potencjalnie niebezpiecznego związku.

Fitoplankton ma szereg różnych pośrednich skutków dla jakości wody.

W procesie fotosyntezy fitoplankton pobiera dwutlenek węgla z wody. Dwutlenek węgla ma odczyn kwaśny w wodzie, a kiedy fitoplankton usuwa dwutlenek węgla do fotosyntezy, pH wody w stawie wzrasta w ciągu dnia.

Kiedy fitoplankton usuwa cały dwutlenek węgla z wody, wodorowęglan jest wykorzystywany jako źródło węgla w fotosyntezie.

Wiele roślin wodnych ma mechanizm fizjologiczny, który pozwala im wyodrębnić jedną cząsteczkę dwutlenku węgla z dwóch jonów wodorowęglanowych, jednocześnie uwalniając jeden jon węglanowy do wody.

Ponieważ jony węglanowe łączą się z wodą w celu podniesienia pH, pH wzrasta podczas fotosyntezy, nawet po wyeliminowaniu całego rozpuszczonego dwutlenku węgla.

W większości stawów głównym źródłem zasadowości jest wodorowęglan.

Mimo to ogólna zasadowość wody w stawie nie zmniejsza się, gdy fitoplankton zużywa wodorowęglany w procesie fotosyntezy.

Dzieje się tak, ponieważ jeden jon węglanowy ma taki sam udział w stężeniu zasadowości, co dwa jony wodorowęglanowe.

Zasadowość buforuje wodę przed zmianą pH, aw wodach o niskiej zasadowości, szczególnie tych o zasadowości poniżej 20 mg/l, pH może wzrosnąć do poziomu stresującego lub śmiertelnego dla gatunków akwakultury.

Wapnowanie jest zalecane w stawach akwakultury w celu podniesienia całkowitej zasadowości powyżej 40 do 50 mg/L.

Opracowanie: irme.pl