Net als bij bossen op het land, de belangrijkste energiebron voor tropische ondiepwaterkoraalriffen is licht. Fotosynthetische algen, zoöxanthellen genoemd, leven in de weefsels van rifbouwende koralen en ze voorzien van zuurstof en de producten van fotosynthese, inclusief glucose en aminozuren. de koralen, beurtelings, gebruik deze producten als energiebron voor het bouwen van calciumcarbonaatskeletten en het kweken van meer levend weefsel. Andere ecologisch belangrijke riforganismen, zoals macroalgen en grasalgen, ook voor groei en voortplanting afhankelijk zijn van licht, licht de drijvende kracht maken achter de groei en algehele productiviteit van koraalrifecosystemen.

Om deze reden, koraalrifwetenschappers zijn geïnteresseerd in het bepalen van de relatie tussen primaire productiviteit en wisselende lichtomstandigheden. In een paper vorige maand gepubliceerd door twee BIOS-rifecologen in het wetenschappelijke tijdschrift PLoS ONE , postdoctoraal onderzoeker Yvonne Sawall en haar adviseur, associate wetenschapper Eric Hochberg, bewijs presenteren dat riffen hun fotosynthetische capaciteiten optimaliseren voor de heersende omgevingsomstandigheden, zoals algemene beschikbaarheid van licht, voedingsstoffen, kooldioxide, en temperatuur.

"Primaire productie, of de hoeveelheid fotosynthese die plaatsvindt, bepaalt uiteindelijk de biomassa en groei van het rif, " Zei Sawall. "Dit betekent dat het maken van nauwkeurige metingen van de productiviteit van cruciaal belang is om de riffunctie te begrijpen."

Vroeger, metingen van fotosynthese zijn typisch gedaan over een korte tijdsperiode van minuten tot uren. De resultaten van deze metingen, instantane PE-curven genoemd, de relatie tussen primaire productiviteit en de hoeveelheid licht die het systeem binnenkomt in een grafiek zetten (ook wel instraling genoemd). Over korte perioden, deze grafieken produceren een klassieke relatie waarbij de productiviteit lineair toeneemt tot een punt (het verzadigingspunt genoemd) voordat het afvlakt, wat betekent dat koralen hun fotosynthese alleen kunnen verhogen tot een bepaald lichtniveau, waarna geen verdere toename wordt waargenomen.

Echter, Sawall en Hochberg denken dat metingen op langere termijn nodig zijn om de productiviteit van riffen nauwkeurig te meten.

"Traditionele P-E-curven negeren het feit dat de luchtcondities en de beschikbaarheid van licht in de loop van een enkele dag veranderen, evenals in de seizoenen en op verschillende locaties over de hele wereld, " zei Hochberg. "Uiteindelijk, deze beperkingen hebben invloed op hoe we de langetermijncapaciteit van een rif voor primaire productiviteit karakteriseren."

Hochberg wees erop dat terrestrische wetenschappers al lang begrijpen dat planten hun fotosynthetische pigmentniveaus kunnen aanpassen om het beste gebruik te maken van de lange termijn, heersende lichtveld. In praktijk, dit betekent dat - hoewel de lichtniveaus op korte tijdschalen en in kleine gebieden aanzienlijk kunnen veranderen - planten zich zodanig hebben aangepast dat, gemiddeld, ze absorberen niet meer licht dan ze kunnen gebruiken. Aangezien riffen zijn samengesteld uit fotosynthetische organismen, het leek waarschijnlijk dat een soortgelijke relatie zou bestaan.

Ten behoeve van hun onderzoek, Sawall en Hochberg verkregen eerst 52 ogenblikkelijke PE-curves die een breed scala aan bentische organismen (koralen en algen) en gemeenschappen (door koraal gedomineerde, grasalgen gedomineerd, en zand met microalgen), evenals de omgevingsomstandigheden. Vervolgens, om de dagelijkse (langere termijn) instraling te berekenen die verschillende wolkenintensiteiten en daglengtes weergeeft, ze verzamelden meer dan 900 lichtbeschikbaarheidscurven, verzameld over een periode van drie jaar door de National Weather Service-instrumenten op de L.F. Wade International Airport in Bermuda.

Met behulp van computermodellen, het team integreerde de momentane P-E-curves met de dagelijkse bestralingscurves, resulterend in tijdgeïntegreerde PE-curves die de relatie tussen fotosynthese en lichtbeschikbaarheid gedurende een hele dag laten zien. Zonder uitzondering, alle gemodelleerde tijdgeïntegreerde curven toonden aan dat fotosynthese in benthische gemeenschappen van koraalriffen geen verzadigingspunt bereikt. Dat is, fotosynthese kan even verzadigen, maar de totale dagelijkse fotosynthese niet.

"Deze resultaten geven aan dat riforganismen, inclusief zowel koralen als algen, hoogstwaarschijnlijk de fotosynthese in dezelfde mate optimaliseren als terrestrische planten, op de schaal van een dag of langer, ' zei Sawall.

Vanuit het standpunt van een rifwetenschapper die probeert te begrijpen hoe rifecosystemen functioneren, deze resultaten wijzen op fotosynthese als een "ecologische integrator, " wat betekent dat fotosynthesesnelheden reageren op alle stress waarmee een organisme wordt geconfronteerd, inclusief temperatuur, licht beschikbaarheid, koolstofdioxidegehalte, en beschikbaarheid van voedingsstoffen.

In vervolgonderzoek, Hochberg en Sawall onderzoeken de relatie tussen de kleur van een organisme en zijn totale dagelijkse fotosynthese. Deze twee parameters worden bepaald door de pigmentniveaus van een organisme, en terrestrisch onderzoek heeft aangetoond dat fotosynthese kan worden voorspeld door de kleur te meten die door de pigmenten wordt uitgedrukt. Dit betekent dat een teledetectiesysteem, zoals het COral Reef Airborne Laboratory (CORAL)-project van Hochberg, heeft het potentieel om de primaire productie van ecosystemen direct te schatten zonder de noodzaak van omslachtige in-situ waterchemiemetingen. Primaire productie is een van de meetwaarden die wetenschappers gebruiken om de gezondheid van het rif en de ecosysteemfunctie te meten. Nauwkeurige schattingen van de primaire productie zijn vooral belangrijk om te bepalen hoe riffen over de hele wereld worden beïnvloed door de wereldwijde klimaatverandering.