Fytoplankton is de basis van al het leven op aarde. Begrijpen hoe deze fotosynthetische organismen reageren op hun oceaanomgeving is belangrijk om de rest van het voedselweb te begrijpen.

Desondanks bevatten computermodellen van de wereldwijde oceaanbiogeochemie doorgaans niet de dag/nacht (diel) lichtcyclus, hoewel die cyclus van cruciaal belang is voor fotosynthese in de primaire producenten van de oceaan.

Voor het eerst hebben wetenschappers van het Ecosystems Center van het Marine Biological Laboratory (MBL) de dielcyclus opgenomen in een wereldwijd oceaanmodel om de effecten ervan op fytoplankton te onderzoeken. Hun studie, gepubliceerd in Global Ecology and Biogeography , is de eerste die onderzoekt hoe de dag/nacht-cyclus de biogeografie en diversiteit van deze primaire producenten beïnvloedt.

Het model bood natuurlijke licht- en donkercycli over de wereldwijde oceaan aan 15 gesimuleerde soorten fytoplankton. Het werd vervolgens vergeleken met een controlesimulatie met hetzelfde planktonmodel, maar verlicht met licht gemiddeld over perioden van 24 uur. Het doel was om te zien hoe diel-lichtcycli de productiviteit van fytoplankton beïnvloedden en de dynamiek van de nutriëntenconcentratie veranderde.

Het gesimuleerde fytoplankton had allemaal verschillende celgroottes en was verdeeld in twee verschillende groepen met twee brede ecologische strategieën. "Gleaners" simuleerden kleinere cellen met een hoge voedingsaffiniteit (wat betekent dat ze voedingsstoffen uit de waterkolom konden vangen, zelfs als die voedingsstoffen in kleine hoeveelheden waren), maar langzame groei, en "opportunisten" simuleerden grotere cellen met een hogere maximale groeisnelheid maar een lage voedingsaffiniteit (wat betekent dat ze het beter deden in voedselrijk water). Dit waren representaties van echt fytoplankton op basis van parameters uit laboratoriumculturen.

De onderzoekers ontdekten dat de dielcyclus er inderdaad toe deed voor het gesimuleerde fytoplankton.

"We weten dat veel eigenschappen van verschillende soorten fytoplankton gebaseerd zijn op de dag/nacht-cyclus. Sommige dinoflagelletten gaan dieper [in de waterkolom] om meer voedingsstoffen binnen te krijgen en gaan dan naar fotosynthese. Sommige slaan overdag koolstof op, zodat ze kan het 's nachts gebruiken', zegt Ioannis Tsakalakis, MBL-postdoctoraal onderzoeker en eerste auteur van het artikel.

Het model toonde aan dat dielcycli geassocieerd zijn met hogere concentraties van beperkte voedingsstoffen, wat betekende dat op lagere breedtegraden (−40° tot 40°), de gesimuleerde opportunisten overvloediger waren dan de verzamelaars in vergelijking met de controlesimulatie. Dit omvat fytoplankton-achtige diatomeeën. Dit mechanisme werd minder belangrijk op hogere breedtegraden, waar de effecten van de seizoensgebonden lichtcyclus sterker waren dan de dag/nacht-cycli.

Als wetenschappers niet begrijpen hoe fytoplankton hun energie krijgt als primaire producenten aan de basis van het voedselweb, is het moeilijk om conclusies te trekken over de interacties van de rest van dat wereldwijde oceaanvoedselweb - helemaal tot aan de mens.

Dus waarom heeft niemand eerder de diel-cyclus opgenomen?

De mondiale oceaan is enorm, en dat geldt ook voor de modellen die hem vertegenwoordigen. Om het hoofd te bieden aan de complexiteit van wat er in de oceaan gebeurt, vereenvoudigen modelbouwers vaak bepaalde processen. Typische modellen bevatten alleen seizoensgebonden lichtverschuivingen in plaats van de meer fijnkorrelige details van de dag/nacht-cyclus toe te voegen. Dit is meestal een computationele beslissing, zegt MBL Senior Scientist Joe Vallino, senior auteur op het papier. "Als je geen fijn tijdsdetail oplost, werken [de modellen] over het algemeen sneller."

"Je duwt tegen de hardwarebeperkingen", zegt Vallino. "Je wilt niet dat een simulatie van 10 jaar 10 jaar nodig heeft om te simuleren."

Maar naarmate de klimaatverandering voortschrijdt, is het van vitaal belang om te begrijpen hoe de oceaan werkt om te begrijpen hoe het broeikaseffect en verhoogde koolstofdioxide deze beïnvloeden.

"Dit model draagt ​​bij aan het verbeteren van ons fundamentele begrip van hoe de oceaan werkt", zegt Vallino, eraan toevoegend dat naarmate wetenschappers betere oceaanmodellen maken, ze deze uiteindelijk kunnen gebruiken om mogelijke oplossingen voor klimaatverandering te onderzoeken, terwijl onbedoelde gevolgen worden geminimaliseerd.

"In staat zijn om te voorspellen hoe de verspreiding van fytoplankton zal veranderen, zal gevolgen hebben hoger in het voedselweb", zegt Vallino. "Als je die basisverandering niet goed kunt krijgen, kun je niets krijgen dat daarmee verbonden is erboven." + Verder verkennen

Nemen oceanen meer CO2 op dan verwacht?