Zwermen kleine oceanische organismen die gezamenlijk bekend staan ​​als zoöplankton, kunnen een grote invloed hebben op hun omgeving. Nieuw onderzoek aan Stanford toont aan dat clusters van centimeterlange individuen, elk slaande kleine gevederde pootjes, kan, in totaal, creëren krachtige stromingen die water over honderden meters diepte kunnen mengen.

Hoewel het werk in het laboratorium werd uitgevoerd, de bevinding is de eerste die aantoont dat migrerend zoöplankton - of eigenlijk elk organisme - turbulentie kan veroorzaken op een schaal die groot genoeg is om de wateren van de oceaan te mengen. Het werk zou de manier kunnen veranderen waarop oceaanwetenschappers denken over wereldwijde nutriëntencycli zoals koolstof, fosfaat en zuurstof, of zelfs oceaanstromingen zelf.

"De oceaandynamiek is rechtstreeks verbonden met het wereldwijde klimaat door interacties met de atmosfeer, " zei John Dabiri, hoogleraar civiele techniek en milieutechniek en werktuigbouwkunde. "Het feit dat zwemmende dieren een belangrijke rol kunnen spelen bij het mengen van de oceaan - een idee dat bijna ketters is geweest in de oceanografie - kan daarom gevolgen hebben tot ver buiten de directe wateren waar de dieren zich bevinden."

Dabiri, wie was de hoofdauteur van het werk dat op 18 april werd gepubliceerd in Natuur , voegde eraan toe dat de bevindingen wetenschappers ook kunnen helpen begrijpen hoe de oceaan koolstofdioxide uit de atmosfeer sekwestreert en kan leiden tot updates in oceaanklimaatmodellen.

"Op dit moment houden veel van onze oceaanklimaatmodellen geen rekening met het effect van dieren, of als ze dat wel doen, zijn het passieve deelnemers aan het proces. ' zei Dabiri.

Karnen wateren

Een van de meest voorkomende zoöplankton, krill behoren tot de meest voorkomende mariene organismen en migreren dagelijks in gigantische zwermen, overdag honderden meters diep en 's nachts naar het oppervlak van de oceaan om zich te voeden.

Dabiri wist dat in termen van krachten die de vermenging van oceanen aandrijven, wind en getijstromen spelen naar verwachting de grootste rol. Maar hij vroeg zich af of gigantische migraties van zoöplankton ook een rol zouden kunnen spelen - een idee dat voor het eerst werd voorgesteld door oceanograaf Walter Munk in 1966, en sindsdien gedebatteerd, maar nooit systematisch onderzocht.

Dabiri en afgestudeerde student Isabel Houghton probeerden die vraag niet in de oceaan te beantwoorden, maar in de relatief gecontroleerde omgeving van grote watertanks in het laboratorium. Het paar werkte samen met Jeffrey Koseff en Stephen Monismith, hoogleraren civiele techniek en milieutechniek die experts zijn op het gebied van mengen in de oceaan, om stromingsomgevingen te creëren die de oceaan nabootsen met zouter water op de bodem van de tank en minder zout water aan de bovenkant. De resulterende gradiënt weerspiegelt de oceaanomstandigheden die elk organisme zou moeten verstoren om voedingsstoffen tussen het oceaanoppervlak en het water diep eronder te laten circuleren.

"Er is geen merkbare diepe vermenging van zuurstof of koolstofdioxide in de oceaan als je de stabiliserende invloed van zoutgehalte en temperatuurgradiënten niet kunt overwinnen, ' zei Kosef.

In het labortorium, de groep wilde zien of de kleine organismen die ze bestudeerden - meestal pekelgarnalen (ook bekend als zee-apen) als vervanging voor minder winterharde krill - gewoon lokaal water karnen, het verloop intact laten, of het herverdelen van zout in een meer uniform mengsel. Als ze lagen kunnen mengen in het lab, de kans is groot dat ze hetzelfde kunnen doen in de oceaan, argumenteerde de groep.

Zwemmen met laserlicht

Om de studie uit te voeren, Houghton plaatste pekelgarnalen in de tank en activeerde laser- of LED-verlichting van boven of onder, omdat artemia worden aangetrokken door licht, dus migreerden ze naar de bron. Toen ze de lichten omkeerde, haastten de kleine wezens zich naar het andere uiteinde in een migratie die ongeveer 10 minuten duurde.

Met camera's die de bewegingen van de dieren nauwkeurig vastleggen, de groep heeft de individuele waterwervelingen rond elke artemia en de grotere stromingen in de tank kunnen meten. Van deze, ze hebben aangetoond dat turbulentie van individuele organismen samengaat met een veel grotere turbulente straal in de nasleep van de migratie.

Bovendien, die stromen waren krachtig genoeg om de zoutgradiënt van de tank te mengen. "Ze verdrongen niet alleen vloeistof die vervolgens terugkeerde naar zijn oorspronkelijke locatie, "Houghton zei. "Alles vermengde zich onomkeerbaar."

Voordat dit werk wetenschappers hadden gedacht dat krill en ander zoöplankton alleen turbulentie konden veroorzaken in hun eigen groottebereik - in de orde van centimeters. Dat is nauwelijks genoeg om voedingsstoffen op een zinvolle schaal te verplaatsen. Nu blijkt dat zoöplankton het vermogen heeft om oceaanwater te mengen, althans regionaal. Verder, Dabiri zei dat hun bevindingen misschien niet alleen van toepassing zijn op organismen zoals krill in de bovenste kilometer van de oceaan, maar ook voor kwallen, inktvis, vissen en zoogdieren die nog dieper zwemmen, mogelijk karnen de hele waterkolom.

Dabiri zei dat zijn laboratoriumleden hun bevindingen in de oceaan moeten verifiëren. waarbij het gaat om het vinden en volgen van zwermen krill op locaties die zo divers zijn als de kust van Californië en de ijskoude Antarctische wateren. Maar als ze vermenging blijven zien op de schaal die het laboratoriumwerk suggereert, de bevindingen kunnen de manier veranderen waarop oceaanwetenschappers denken over de rol van dieren bij het beïnvloeden van hun waterige omgeving - en mogelijk ons ​​klimaat op het land.

Eenvoudig beginnen voor grote resultaten

Ondanks de mogelijke impact van het werk op de manier waarop oceaanwetenschappers denken over de rol van zeedieren in mondiale kwesties zoals klimaat en nutriëntenkringlopen, dit onderzoek heeft een legendarisch verleden. De financiering ervan stond ooit op een lijst van overheidsafval, bekend als The Wastebook, die ernaar verwees als het bestuderen van synchroonzwemmen bij zee-apen.

"Door eenvoudig te beginnen en een onorthodox organisme als de artemia te gebruiken, het heeft ons in staat gesteld om nu de oceaan in te gaan en iets te meten waar we een specifieker doel voor ogen hebben, ' zei Dabiri.

Metingen die $20 zouden hebben gekost, 000 per dag aan boord van een schip kost slechts ongeveer $ 100 per dag in het laboratorium, veel geld besparen en resultaten opleveren die relevant zijn voor zowel wetenschappers als beleidsmakers.