Omdat oceanen opwarmen door klimaatverandering, wetenschappers proberen te voorspellen hoe zeedieren - van vissen met een ruggengraat tot kwallen zonder ruggengraat - zullen reageren. Laboratoriumexperimenten geven aan dat velen in theorie temperaturen kunnen verdragen die veel hoger zijn dan wat ze tegenwoordig tegenkomen. Maar deze studies betekenen niet dat zeedieren hun huidige verspreidingsgebied in warmere oceanen kunnen behouden, volgens Curtis Deutsch, een universitair hoofddocent oceanografie aan de Universiteit van Washington.

"Temperatuur alleen verklaart niet waar in de oceaan een dier kan leven, " zei Deutsch. "Je moet rekening houden met zuurstof:hoeveel zit er in het water, hoe goed een organisme het kan opnemen en gebruiken, en hoe temperatuur deze processen beïnvloedt."

Soortspecifieke kenmerken, totale zuurstofniveaus en watertemperatuur combineren om te bepalen welke delen van de oceaan "ademend" zijn voor verschillende in de oceaan levende wezens. Nieuw onderzoek onder leiding van Deutsch toont aan dat een grote verscheidenheid aan zeedieren - van gewervelde dieren tot schaaldieren tot weekdieren - al het maximale bereik van ademende oceaan bewonen dat hun fysiologie toelaat.

De bevindingen, gepubliceerd op 16 september in Natuur , geven ook een waarschuwing over klimaatverandering:aangezien warmere wateren minder zuurstof bevatten, sommige stukken oceaan die vandaag voor een bepaalde soort ademend zijn, zijn dat in de toekomst misschien niet meer.

"Organismen van tegenwoordig leven in principe tot de warmst mogelijke temperaturen die hen van voldoende zuurstof zullen voorzien voor hun activiteitenniveau - dus hogere temperaturen zullen onmiddellijk hun vermogen om voldoende zuurstof te krijgen beïnvloeden, " zei Deutsch. "Als reactie op de opwarming, hun activiteitenniveau zal worden beperkt of hun leefgebied gaat krimpen. Het is niet zo dat het goed komt en gewoon doorgaat."

Zuurstofniveaus en temperaturen variëren in oceaanwateren. Over het algemeen, het water bij de evenaar is warmer en bevat minder zuurstof dan het koelere water bij de polen. Maar bewegend van de oppervlakte oceaan naar diepere wateren, zowel zuurstof als temperatuur nemen samen af. Deze principes creëren complexe 3D-patronen van zuurstof- en temperatuurniveaus over diepten en breedtegraden. De anatomie van een organisme, fysiologie en activiteitsniveau bepalen de zuurstofbehoefte, hoe effectief het de beschikbare zuurstof in zijn omgeving opneemt en gebruikt, en hoe de temperatuur de zuurstofbehoefte beïnvloedt.

Deutsch en zijn co-auteurs - Justin Penn, een UW-doctoraatsstudent oceanografie, en Brad Seibel, een professor aan de Universiteit van Zuid-Florida - wilde begrijpen of ademend vermogen een beperkende factor was bij het bepalen van het bereik van zeedieren van vandaag. Ze combineerden gegevens over temperatuur en zuurstofgehalte over de oceanen met gepubliceerde studies van de fysiologie, zuurstofbehoefte en metabolisme van 72 soorten uit vijf verschillende groepen zeedieren:koudbloedige gewervelde dieren, zoals vis, en hun familieleden; schaaldieren; weekdieren; gesegmenteerde wormen; en kwallen en hun verwanten.

Het team heeft voor elke soort gemodelleerd welke delen van de oceaan wel en niet bewoonbaar zijn. Onderzoekers tonen aan dat het huidige verspreidingsgebied van een soort over het algemeen overlapt met de delen van de oceanen waarvan wordt voorspeld dat ze er bewoonbaar voor zijn. Hun model voorspelt dat de noordelijke garnaal, een schaaldier, zou voldoende zuurstof moeten kunnen krijgen in koele wateren ten noorden van ongeveer 50 graden noorderbreedte - en dat is tegenwoordig over het algemeen het bereik van de garnalen. De kleine gevlekte kathaai kan in gematigde en koele wateren leven op verschillende diepten, maar in de buurt van de tropen zijn alleen oppervlaktewateren - boven ongeveer 300 voet - ademend, wat ook tot uiting komt in het huidige assortiment.

Vaak, soortenbereiken zijn tot aan de rand van ademend vermogen, wat aangeeft dat voor zeedieren het vermogen om voldoende zuurstof te krijgen een belangrijke beperkende factor kan zijn bij het bepalen waar ze kunnen leven, Duits toegevoegd. Buiten dat bereik, organismen lopen het risico op hypoxie, of niet genoeg zuurstof krijgt.

Temperatuur beïnvloedt zowel hoeveel zuurstof het zeewater kan bevatten, en hoeveel zuurstof een dier nodig heeft om hetzelfde activiteitsniveau te behouden. De toch al nauwe overlap die de onderzoekers zagen tussen het ademend vermogen en het huidige bereik, geeft aan dat langdurige temperatuurstijgingen, zoals verwacht onder klimaatverandering, zal waarschijnlijk het bereik van veel zeedieren beperken.

Deze nieuwe studie volgt op een studie uit 2015 van vier soorten uit de Atlantische Oceaan door het team van Deutsch, en bouwt voort op zijn bevindingen door aan te tonen dat diverse soorten in alle oceaanbekkens over het algemeen het maximale bereik bewonen dat ze momenteel kunnen.

In de toekomst, Deutsch wil extra soorten opnemen, en de relaties tussen temperatuur, zuurstof en fysiologie.

De onderzoekers willen ook historische voorbeelden vinden van mariene soorten die hun bereik verschuiven als reactie op het ademend vermogen van water, zoals het team eerder dit jaar liet zien met de noordelijke ansjovis.

"Wat we echt willen vinden, zijn meer waarnemingen van mariene soorten die zich verplaatsen in overeenstemming met wat we zouden verwachten met temperatuuromstandigheden en zuurstofbeschikbaarheid, "zei Deutsch. "Dat zal ons duidelijke voorbeelden geven van wat we kunnen verwachten als temperatuur- en zuurstofcondities fluctueren, en permanent verschuiven met klimaatverandering."