Een studie die de allereerste winterbemonstering van fytoplankton in de Noord-Atlantische Oceaan omvatte, onthulde cellen die kleiner waren dan wetenschappers hadden verwacht, wat betekent dat een belangrijk wapen in de strijd tegen overtollig koolstofdioxide in de atmosfeer misschien niet zo krachtig is als werd gedacht.

Dus, veelgebruikte koolstofvastleggingsmodellen zijn misschien te optimistisch.

Het Oregon State University-onderzoek naar de microscopisch kleine algen, onderdeel van NASA's North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study, verscheen deze week in de Internationale Vereniging voor Microbiële Ecologie Journal .

De bevindingen zijn significant omdat de lente-fytoplanktonbloei in de Noord-Atlantische Oceaan "waarschijnlijk elk jaar het grootste biologische koolstofvastleggingsmechanisme op de planeet is, en de grootte van cellen bepaalt hoe snel die koolstof zinkt, " zei de corresponderende auteur van de studie, OSU College of Science microbiologie-onderzoeker Steve Giovannoni.

OSU postdoctoraal onderzoeker Luis Bolaños is de hoofdauteur.

Fytoplankton zijn microscopisch kleine organismen aan de basis van de voedselketen van de oceaan en een belangrijk onderdeel van een kritische biologische koolstofpomp. De meeste drijven in het bovenste deel van de oceaan, waar zonlicht ze gemakkelijk kan bereiken.

De kleine plantjes hebben een groot effect op de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer door het op te zuigen tijdens de fotosynthese. Het is een natuurlijke gootsteen en een van de grootste manieren om CO ₂ , het meest voorkomende broeikasgas, wordt uit de atmosfeer geschrobd. Begrijpen hoe en waarom fytoplankton elke lente bloeit, is van cruciaal belang om te leren hoe de levende systemen van de aarde kunnen reageren op de wereldwijde klimaatverandering.

Terwijl de oceaan atmosferische koolstofdioxide aanzuigt, fytoplankton gebruikt de CO ₂ en zonlicht voor fotosynthese:ze zetten ze om in suikers die de cellen kunnen gebruiken voor energie, daarbij zuurstof produceren.

De fytoplanktoncellen nemen die CO . op ₂ uiteindelijk zinken naar de bodem van de oceaan als ze sterven. De ecologische gezondheid van de planeet hangt af van regelmatige planktonbloei, zoals de lente in de Noord-Atlantische Oceaan, waar enorme hoeveelheden fytoplankton zich ophopen over duizenden vierkante kilometers.

Het grotere project waar Bolaños en Giovannoni deel van uitmaakten, de studie naar de Noord-Atlantische aerosolen en mariene ecosystemen, werd geleid door Michael Behrenfeld van het OSU College of Agricultural Sciences. Het team gebruikte metingen op schepen en vliegtuigen en gegevens van satelliet- en oceaansensoren om de jaarlijkse fytoplanktoncycli en hun relatie met atmosferische aerosolen te helpen verduidelijken.

Aërosolen zijn minuscule deeltjes die in de atmosfeer zijn gesuspendeerd en die het klimaat en het stralingsbudget van de aarde kunnen beïnvloeden - door zonlicht terug de ruimte in te kaatsen en, in de lagere atmosfeer, door de grootte van wolkendeeltjes te wijzigen, die verandert hoe wolken zonlicht reflecteren en absorberen.

Bolano's, Giovannoni en hun medewerkers hebben zowel in de vroege winter als in de lente fytoplankton bemonsterd in de westelijke Noord-Atlantische Oceaan om te proberen grip te krijgen op de overgang van de fytoplanktongemeenschap tussen die seizoenen.

Bij eerder onderzoek is Behrenfeld ontdekte dat de toename van het aantal fytoplankton, getoond door chlorofyl- en koolstofconcentraties, begint midden in de winter wanneer de groeiomstandigheden het slechtst zijn in plaats van te worden gestart door het begin van het lenteweer.

"De oppervlaktelaag van de Noord-Atlantische Oceaan is in de winter diep gemengd door stormen en temperatuurafhankelijke 'convectieve' menging, Behrenfeld legde uit. "Hierdoor wordt fytoplankton dunner in het water verspreid, waardoor het moeilijk wordt voor de kleine dieren die fytoplankton eten om hun prooi te volgen. De vermindering van de voeding stelt het fytoplankton in staat om een ​​voorsprong te nemen in de groei als een openingshandeling voor de massale bloei die optreedt zodra de winterstormen vervagen en de groeiomstandigheden beter worden. Tegen het einde van de lente, de grazers hebben het verloren terrein ingehaald, het fytoplankton eten terwijl het groeit en de bloei beëindigen."

Ongeveer de helft van de organismen in de voorjaarsbloei die de onderzoekers bemonsterden, kon niet genetisch worden herleid tot de wintermonsters, aldus Bolanos.

"Dit suggereert dat er levensgeschiedenisstrategieën zijn waarmee fytoplankton dat in de winter niet kan worden gedetecteerd, in de lente tot grote aantallen kan stijgen, of er is een snelle gemeenschapsverloop door de circulatie van watermassa's, " hij zei.

Bolaños voegde eraan toe dat diatomeeën, waarvan gedacht wordt dat het de fytoplanktonbloei in de Noord-Atlantische Oceaan domineert, maakten vaak geen groot deel uit van de genetische profielen van de monsters, en toen ze een groot deel uitmaakten, de cellen waren klein - ofwel van de nano-fytoplankton-variëteit of aan het kleinere uiteinde van de micro-fytoplankton-schaal.

"Biogeochemische modellen worden vaak beïnvloed door de perceptie dat fytoplanktonbloei in de Noord-Atlantische Oceaan is samengesteld uit grote cellen, " zei hij. "Die perceptie is bestendigd door modellen die aannemen dat diatomeeën uniform grote cellen zijn. Maar dat zijn ze niet."

Algoritmen die de koolstofexport van door satellieten gedetecteerd chlorofyl voorspellen, hebben de neiging om hoge exportpercentages toe te kennen aan fytoplanktonbloei op basis van de overtuiging, gebaseerd op waarnemingen uit de oostelijke Noord-Atlantische Oceaan, dat grote diatomeeën domineren op hun hoogtepunt.

De bevindingen van dit onderzoek, Giovannoni zei, suggereren dat het extrapoleren van die waarnemingen naar de westelijke Noord-Atlantische Oceaan mogelijk geen geldige praktijk is.

"We weten niet zeker of onze nieuwe waarnemingen van klein fytoplankton in de westelijke Noord-Atlantische Oceaan te wijten zijn aan fysieke verschillen tussen de westelijke en oostelijke Noord-Atlantische Oceaan, oceaanopwarming en hogere atmosferische CO ₂ concentraties, of beperkingen van eerdere onderzoeksmethoden, " zei hij. "Er is ook een kans dat onze waarnemingen een anomalie waren, een toeval. We weten het niet zeker."

Cellen met een diameter van minder dan 20 micrometer vormden het grootste deel van de fytoplanktonbiomassa in de onderzoeksmonsters. Diatomeeën leverden een belangrijke bijdrage, maar niet het belangrijkste bestanddeel van biomassa.

“We vonden dat divers, kleine fytoplanktontaxa onverwacht veel voorkwamen in de westelijke Noord-Atlantische Oceaan en dat regionale invloeden een grote rol spelen bij gemeenschapsovergangen tijdens de seizoensprogressie van bloei, Giovannoni zei. "De sterk contrasterende samenstelling van de wintergemeenschap, en de overheersing door kleine taxa die we in de lente vonden, zijn systeemkenmerken die ons perspectief veranderen en zijn gebieden voor toekomstig onderzoek. Onze resultaten kunnen grote implicaties hebben voor het begrijpen hoe de bloei de regionale koolstofbiogeochemie beïnvloedt - de multispeciesbloei die we beschrijven, kan een lagere koolstofexportefficiëntie hebben dan de modellen doorgaans toestaan."