Dynamika wodnego świata: Na Ziemi prądy oceaniczne działają dla mikroorganizmów jak autostrada prowadząca do głębszych głębin

Jak wynika z nowych badań, niektóre z najmniejszych organizmów oceanicznych są porywane przez podwodne prądy, które działają jak kanał przenoszący je ze słonecznej powierzchni na głębsze, ciemniejsze głębiny, gdzie odgrywają ogromną rolę w wpływaniu na chemię i ekosystem oceanu.

Badanie, opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences i oparte na badaniach terenowych przeprowadzonych podczas trzech rejsów badawczych w latach 2017–2019, skupia się na subtropikalnych regionach Morza Śródziemnego. Ujawniło, w jaki sposób niektóre jednokomórkowe mikroskopijne organizmy, które są zbyt lekkie, aby zanurzyć się na głębokość większą niż 100 metrów – takie jak fitoplankton i bakterie – nurkują głębiej w oceanie, gdzie nie ma wystarczającej ilości światła słonecznego, aby te organizmy mogły rosnąć w procesie fotosyntezy. żyć i jeść.

„Odkryliśmy, że ponieważ organizmy te są tak małe, mogą zostać porwane przez prądy oceaniczne, które sprowadzają je głębiej niż tam, gdzie rosną” – powiedziała Mara Freilich, adiunkt na Wydziale Matematyki Stosowanej oraz Wydziale Nauk o Ziemi i Środowisku w Brown Uniwersytet. i nauk planetarnych, co zapoczątkowało pracę nad jego doktoratem. Student wspólnego programu w MIT i Woods Hole Oceanographic Institution. „Dla tych organizmów często jest to podróż w jedną stronę, ale odbywając tę ​​podróż, odgrywają one kluczową rolę w łączeniu różnych części oceanu”.

Statek badawczy Sojuszu opuszcza CTD Rose, aby pobrać próbki podmorskich społeczności biologicznych. W tle statek badawczy SOCIB. — Zdjęcie: Kausalja Mahadevan.

Freilich przeprowadziła badania w trakcie zdobywania tytułu doktora. Z Amalą Mahadevan, główną naukowcem w Woods Hole, w ścisłej współpracy z główną naukowcem Laboratorium Biologii Morskiej Alexandrą Z. Worden i jej zespołem.

Prądy, które odkrył zespół, nazywane są intruzjami i zamiatając małe organizmy, pomagają zmienić rodzaj pożywienia dostępnego w głębszych warstwach oceanu, jednocześnie przenosząc duże ilości węgla z powierzchni wody. Pomaga to w wyżywieniu innych organizmów w oceanicznym łańcuchu pokarmowym i zwiększa złożoność ekosystemu na dużych głębokościach, wpływając na działanie podwodnego życia i chemię.

Ogólnie rzecz biorąc, badanie podważa konwencjonalne rozumienie tego, jak węgiel, który w drodze fotosyntezy w oświetlonej słońcem warstwie oceanu zamienia się w materię organiczną, przemieszcza się w głąb.

„Większość fotosyntezy – podczas której światło przekształca się w węgiel organiczny będący źródłem pożywienia dla organizmów żywych – zachodzi w górnych 50 metrach oceanu, dlatego zawsze pojawiało się pytanie: w jaki sposób węgiel związany w procesie fotosyntezy przedostaje się do ocean?” – stwierdził Freilich. „Od dawna uważano, że jedyną odpowiedzią na to pytanie jest tonące cząsteczki bogate w węgiel. Odkryliśmy jednak, że małe, jednokomórkowe organizmy utknęły w wodzie oceanicznej, tworząc intruzje… Takie intruzje są ważną cechą subtropikalnych obszarów. oceany – choć rozciągają się na dziesiątki kilometrów w poziomie, schodzą także na wysokość setek metrów w pionie, zabierając ze sobą komórki i węgiel. Mechanizm ten nie został uwzględniony we wcześniejszych szacunkach dotyczących transportu dwutlenku węgla.

Naukowcy odkryli, że intruzje występują przez cały rok i pochodzą z obszarów bogatych w biomasę, w tym tam, gdzie występuje najwyższe stężenie organizmów roślinopodobnych. Wcześniej sądzono, że prądy oceaniczne przenoszą węgiel w głąb tylko sezonowo. Naukowcy podkreślają, że interwencje te są szeroko rozpowszechnione w subtropikalnych oceanach świata. Zapewniają kanały ciągłego transportu węgla i tlenu z oświetlonego słońcem oceanu na głębokość.

„Zaobserwowaliśmy społeczności drobnoustrojów, które na głębokości 200 metrów wyglądały dokładnie tak samo jak społeczności powierzchniowe” – powiedział Freilich. „Uważamy, że w innych obszarach zjawisko to może być znacznie głębsze. Ku naszemu zaskoczeniu odkryliśmy, że większość drobnoustrojów znalezionych podczas inwazji to bakterie żywiące się węglem związanym przez komórki fotosyntetyczne. To pokazało, że większość biomasy przeniesionej ze światła słonecznego warstwy składały się z drobnoustrojów niefotosyntetyzujących.

We współpracy ze Stanami Zjednoczonymi, Hiszpanią i Włochami naukowcy odbyli trzy podróże do subtropikalnego Oceanu Śródziemnego, aby przeprowadzić badania. Użyli specjalnych przyrządów do pomiaru takich właściwości, jak temperatura wody, zasolenie i liczebność małych organizmów na różnych głębokościach. Analizy przeprowadzone we współpracy z ekologiem drobnoustrojów Alexandrą Worden z Morskiego Laboratorium Biologicznego pomogły wykazać różnice między próbkami infiltracyjnymi a rozlewiskami. Zaobserwowanie, że zbiorowiska drobnoustrojów w próbkach z głębszej infiltracji przypominały zbiorowiska drobnoustrojów na powierzchni, wykazało, że zostały one przeniesione na głębokość. Naukowcy wykorzystali także modele komputerowe do symulacji prądów oceanicznych, aby odkryć, w jaki sposób zbiorowiska małych roślin i bakterii poruszają się w wodzie.

„Dzięki solidnym danym z Morza Śródziemnego potwierdzającym, że proces kanaliowania 3D jest mechanizmem wprowadzania drobnoustrojów pelagicznych do ciemnego oceanu w cieplejszych wodach, byliśmy w stanie dostrzec ślady podobnego eksportu w kluczowych regionach otwartego oceanu” – powiedział Worden. .

Oprócz podkreślenia ekologicznego znaczenia wtargnięć w kształtowaniu różnorodności biologicznej oceanów, w badaniu omówiono także wpływ zmian klimatycznych na wtargnięcia. Uważa się, że w miarę ocieplania się ziemskich oceanów udział węgla w małych komórkach będzie wzrastał, a transport w wyniku intruzji może nie być tak zakłócony, jak inne mechanizmy przenoszące węgiel na głębokość. Interwencje zmieniają nasze rozumienie sposobu, w jaki węgiel przemieszcza się w oceanie i mogą pomóc w regulacji magazynowania węgla i dynamiki mikrobiologicznej w głębinach oceanu.

„Teraz, kiedy to znaleźliśmy, jest wiele do odkrycia” – powiedział Freilich. „Następnym krokiem jest wykorzystanie tego, czego się tutaj nauczyliśmy, i ustalenie, czy możemy wykorzystać to do przewidywania, jak zmiany w składzie społeczności drobnoustrojów wpłyną na transport węgla i globalny obieg węgla w zmieniającym się klimacie”.

Intruzje 3D przenoszą aktywne populacje drobnoustrojów powierzchniowych do ciemnego oceanuBanany

Astrobiologia