Wetenschap
Voor microscopische organismen fungeren oceaanstromingen als een snelweg naar diepere diepten, zo blijkt uit onderzoek
Sommige van de kleinste organismen in de oceaan worden meegesleurd in onderwaterstromingen die fungeren als een kanaal dat hen van het zonnige oppervlak naar diepere, donkerdere diepten brengt, waar ze een grote rol spelen in het beïnvloeden van de chemie en het ecosysteem van de oceaan, zo blijkt uit nieuw onderzoek.
Gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences en gebaseerd op veldwerk tijdens drie onderzoekscruises van 2017 tot 2019, richt de studie zich op subtropische gebieden in de Middellandse Zee. Het onthulde hoe sommige microscopisch kleine eencellige organismen die te licht zijn om dieper dan 100 meter te zinken – zoals fytoplankton en bacteriën – uiteindelijk dieper de oceaan in gaan, waar er niet genoeg zonlicht is om deze fotosynthetische organismen te laten groeien, leven en eten. /P>
"We ontdekten dat, omdat deze organismen zo klein zijn, ze kunnen worden meegesleurd door oceaanstromingen, waardoor ze dieper komen dan waar ze groeien", zegt Mara Freilich, assistent-professor aan de afdeling Toegepaste Wiskunde van Brown University en de afdeling Earth, Environmental. en Planetary Sciences die het werk lanceerden als een Ph.D. student een gezamenlijk programma aan het MIT en de Woods Hole Oceanographic Institution. "Het is vaak een enkele reis voor deze organismen, maar door deze reis te maken spelen ze een cruciale rol bij het verbinden van verschillende delen van de oceaan."
Freilich voerde het onderzoek uit tijdens haar Ph.D. met Amala Mahadevan, senior wetenschapper bij Woods Hole, in nauwe samenwerking met senior wetenschapper bij het Marine Biological Laboratory Alexandra Z. Worden en haar team.
De stromingen die het team heeft gevonden, worden intrusies genoemd, en door de kleine organismen op te vegen, helpen ze de soorten voedsel te veranderen die beschikbaar zijn in de diepere lagen van de oceaan, terwijl ze ook een aanzienlijke hoeveelheid koolstof van het wateroppervlak transporteren. Dit helpt andere organismen in de voedselketen van de oceaan te voeden en vergroot de complexiteit van het ecosysteem op diepere diepten, waardoor de manier waarop het leven en de chemie onder water werken wordt beïnvloed.
Al met al daagt de studie het conventionele begrip uit van hoe koolstof, dat door fotosynthese in de zonverlichte laag van de oceaan in organisch materiaal wordt omgezet, naar de diepte wordt getransporteerd.
“Het merendeel van de fotosynthese – waarbij licht wordt omgezet in organische koolstof, een voedselbron voor levende organismen – vindt plaats in de bovenste 50 meter van de oceaan, dus de vraag is altijd geweest:hoe komt de koolstof die door fotosynthese wordt gefixeerd in het water terecht? de diepe oceaan?" zei Freilich.
‘Er is altijd gedacht dat het zinken van koolstofrijke deeltjes het enige antwoord op deze vraag is. Maar wat we ontdekten is dat kleine, eencellige organismen verstrikt raken in de oceaanstroom en intrusies vormen… Dergelijke intrusies zijn belangrijke kenmerken van de subtropische oceaan – hoewel ze zich zijdelings tientallen kilometers uitstrekken, dalen ze ook honderden meters verticaal af, waarbij ze cellen en koolstof met zich meebrengen. Dit mechanisme is in eerdere schattingen van koolstoftransport niet vermeld."
De onderzoekers ontdekten dat de inbraken het hele jaar door plaatsvinden en hun oorsprong vinden in gebieden die rijk zijn aan biomassa, ook waar de plantachtige organismen zich in hun hoogste concentraties bevinden. Vroeger dacht men dat oceaanstromingen alleen seizoensmatig koolstof naar de diepte transporteerden. De onderzoekers suggereren dat deze indringers wijdverbreid zijn in de subtropische oceanen van de wereld. Ze bieden kanalen voor het voortdurende transport van koolstof en zuurstof van de zonovergoten oceaan naar de diepte.
"We hebben microbiële gemeenschappen waargenomen die er tot op 200 meter hoogte net zo uitzagen als microbiële gemeenschappen aan het oppervlak", zei Freilich. "In andere regio's denken we dat dit veel dieper zou kunnen zijn. Tot onze verbazing ontdekten we dat de meerderheid van de microben in de indringers bacteriën waren die zich voeden met koolstof die is vastgelegd door de fotosynthesecellen. Dit toonde aan dat het grootste deel van de biomassa die vanuit de fotosynthese wordt getransporteerd de zonverlichte lagen bestaan uit niet-fotosynthetische microben."
Binnen een samenwerking tussen de VS, Spanje en Italië gingen de wetenschappers voor het onderzoek drie reizen naar de subtropische Middellandse Zee. Ze gebruikten speciaal gereedschap om eigenschappen zoals de watertemperatuur, het zoutgehalte en de overvloed aan kleine organismen op verschillende diepten te meten. De analyses, uitgevoerd in samenwerking met microbiële ecoloog Alexandra Worden van het Marine Biological Laboratory, hebben geholpen de verschillen aan te tonen tussen indringingsmonsters en achtergrondwater.
Toen ik zag dat de microbiële gemeenschappen in de diepere indringingsmonsters leken op microbiële gemeenschappen aan het oppervlak, bleek dat ze naar de diepte werden getransporteerd. De onderzoekers gebruikten ook computermodellen om oceaanstromingen te simuleren om te onthullen hoe de gemeenschappen van kleine planten en bacteriën zich in het water bewogen.
"Met de sterke gegevens uit de Middellandse Zee die dit proces van driedimensionale leidingen aantonen als een mechanisme om oppervlaktemicroben in warme wateren naar de donkere oceaan te brengen, hebben we sporen van soortgelijke export in grote open oceaangebieden kunnen zien", aldus Worden. .
Naast het onderstrepen van het ecologische belang van indringers bij het vormgeven van de oceanische biodiversiteit, gaat de studie ook in op de manier waarop indringers kunnen worden beïnvloed door klimaatverandering. Er wordt gedacht dat naarmate de oceanen van de aarde warmer worden, het aandeel koolstof in kleine cellen zal toenemen en dat het transport in indringers mogelijk niet zo wordt beïnvloed als andere mechanismen die koolstof naar de diepte transporteren. Indringers veranderen ons begrip van hoe koolstof zich in de oceaan verplaatst en kunnen helpen bij het reguleren van de koolstofopslag en de microbiële dynamiek in de diepe oceaan.
"Er valt nog zoveel meer te ontdekken nu we dit hebben gevonden", zei Freilich. "Het volgende is het nemen van wat we hier hebben geleerd en bepalen of we dit kunnen gebruiken om te voorspellen hoe veranderingen in de samenstelling van de microbiële gemeenschap het transport van koolstof en de mondiale koolstofcyclus in een veranderend klimaat zouden beïnvloeden."