Исследование, которое включало в себя первый в истории зимний сбор фитопланктона в Северной Атлантике, показало, что клетки меньше, чем ожидали ученые, а это означает, что ключевое оружие в борьбе с избытком углекислого газа в атмосфере может быть не таким мощным, как раньше. думали.
Таким образом, широко используемые модели связывания углерода могут быть слишком оптимистичными.
Исследование микроскопических водорослей, проведенное Университетом штата Орегон в рамках исследования аэрозолей и морских экосистем Северной Атлантики НАСА, было опубликовано на этой неделе в журнале Международного общества микробной экологии.
Выводы важны, потому что весеннее цветение фитопланктона в Северной Атлантике «вероятно, является крупнейшим биологическим механизмом секвестрации углерода на планете каждый год, а размер клеток определяет, насколько быстро этот углерод оседает», - говорится в соответствующем исследовании. автор, исследователь микробиологии Научного колледжа ОГУ Стив Джованнони.
Постдокторант OSU Луис Боланьос является ведущим автором.
Фитопланктон - это микроскопические организмы, лежащие в основе пищевой цепи океана и являющиеся ключевым компонентом критического биологического углеродного насоса. Большинство плавает в верхней части океана, где солнечный свет может легко достичь их.
Крошечные растения оказывают большое влияние на уровень углекислого газа в атмосфере, поглощая его во время фотосинтеза. Это естественный поглотитель и один из крупнейших способов удаления из атмосферы наиболее распространенного парникового газа CO2. Понимание того, как и почему фитопланктон цветет каждую весну, имеет решающее значение для изучения того, как живые системы Земли могут реагировать на глобальное изменение климата.
Поскольку океан втягивает атмосферный углекислый газ, фитопланктон использует CO2 и солнечный свет для фотосинтеза: они превращают их в сахара, которые клетки могут использовать для получения энергии, производя кислород в процесс.
Клетки фитопланктона поглощают этот CO2, в конечном итоге опускаясь на дно океана, когда они умирают. Экологическое здоровье планеты зависит от регулярного цветения планктона, такого как весеннее явление в Северной Атлантике, когда огромное количество фитопланктона скапливается на тысячах квадратных миль.
Более крупный проект, частью которого были Боланьос и Джованнони, - исследование аэрозолей и морских экосистем Северной Атлантики - возглавлял Майкл Беренфельд из Колледжа сельскохозяйственных наук Университета штата Огайо. Команда использовала измерения с кораблей и самолетов, а также данные спутников и океанических датчиков, чтобы прояснить годовые циклы фитопланктона и их связь с атмосферными аэрозолями.
Аэрозоли - это мельчайшие частицы, взвешенные в атмосфере, которые могут влиять на климат Земли и баланс радиации, отражая солнечный свет обратно в космос, а в нижних слоях атмосферы - изменяя размер облачных частиц, что меняет то, как облака отражают и поглощать солнечный свет.
Боланьос, Джованнони и их сотрудники брали пробы фитопланктона в западной части Северной Атлантики в начале зимы и весной, чтобы попытаться понять, как меняется сообщество фитопланктона между этими сезонами.
В более ранних исследованиях Беренфельд обнаружил, что увеличение количества фитопланктона, о чем свидетельствует концентрация хлорофилла и углерода, начинается в середине зимы, когда условия роста являются наихудшими, а не с наступлением весенней погоды.
«Поверхностный слой Северной Атлантики зимой глубоко перемешивается из-за штормов и зависящего от температуры «конвективного» перемешивания», - объяснил Беренфельд. «Это приводит к тому, что фитопланктон распределяется в воде более тонким слоем, из-за чего крошечным животным, питающимся фитопланктоном, становится трудно отслеживать свою добычу. это происходит, когда стихают зимние бури и улучшаются условия для роста. К концу весны травоядные наверстывают упущенное, поедая растущий фитопланктон и прекращая цветение».
Приблизительно половина организмов весеннего цветения, отобранных исследователями, не может быть генетически отнесена к зимним образцам, сказал Боланьос.
«Это говорит о том, что существуют стратегии жизненного цикла, с помощью которых фитопланктон, не обнаруживаемый зимой, может достигать больших размеров весной, или происходит быстрая смена сообщества из-за циркуляции водных масс», - сказал он.
Боланьос добавил, что диатомовые водоросли, которые, как считается, доминируют в цветении фитопланктона в Северной Атлантике, часто не составляли большой части генетических профилей образцов, а когда они были большой частью, клетки были маленькими - либо нано -разновидность фитопланктона или меньшая часть шкалы микрофитопланктона.
«На биогеохимические модели часто влияет мнение, что цветущий фитопланктон в Северной Атлантике состоит из крупных клеток», - сказал он.«Это восприятие увековечено моделями, которые предполагают, что диатомовые водоросли представляют собой одинаково большие клетки. Но это не так».
Алгоритмы, которые предсказывают экспорт углерода из хлорофилла, обнаруженного со спутника, склонны приписывать высокие темпы экспорта цветению фитопланктона, исходя из убеждения, основанного на наблюдениях в восточной части Северной Атлантики, что крупные диатомовые водоросли доминируют в период их апогея.
Результаты этого исследования, по словам Джованнони, предполагают, что экстраполяция этих наблюдений на западную часть Северной Атлантики может быть недопустимой практикой.
Мы не уверены, связаны ли наши новые наблюдения мелкого фитопланктона в западной части Северной Атлантики с физическими различиями между западной и восточной частями Северной Атлантики, потеплением океана и более высоким содержанием CO в атмосфере2концентрации или ограничения более ранних методов исследования», - сказал он. «Есть также шанс, что наши наблюдения были аномалией, совпадением. Мы не знаем наверняка».
Клетки диаметром менее 20 микрометров составляли большую часть биомассы фитопланктона в исследуемых образцах. Диатомовые водоросли вносили важный, но не основной компонент биомассы.
«Мы обнаружили, что разнообразные мелкие таксоны фитопланктона были неожиданно распространены в западной части Северной Атлантики и что региональные влияния играют большую роль в смене сообществ во время сезонного развития цветения», - сказал Джованнони. «Глубоко контрастирующий состав зимнего сообщества и преобладание мелких таксонов, которые мы обнаружили весной, являются системными особенностями, которые меняют нашу точку зрения и являются областями для будущих исследований. Наши результаты могут иметь большое значение для понимания того, как цветение влияет на региональные биогеохимия углерода - описываемое нами многовидовое цветение может иметь более низкую эффективность экспорта углерода, чем обычно допускают модели».