Fitoplankton reaguje na wzrost stężenia CO2 nie zgodnie z oczekiwaniami • Alexander Markov • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • Ekologia, biologia

Fitoplankton nie reaguje na wzrost stężenia CO 2 zgodnie z oczekiwaniami

Kokkolitoforida Emiliania huxleyi – najliczniejszy i najbardziej produktywny organizm morski ze szkieletem wapiennym. Podczas masowego kwitnienia gęstość zaludnienia tego gatunku może sięgać 10 tysięcy komórek na 1 ml wody morskiej, z obszarem kwitnienia sięgającym setek tysięcy metrów kwadratowych. km Zdjęcia z www.co2.ulg.ac.be

Eksperymenty wykazały, że główni producenci węglanu wapnia w oceanach świata, mikroskopijne glony kokolitowe, reagują na wzrost stężenia CO.2 w atmosferze nie jest spadkiem, zgodnie z oczekiwaniami, ale znacznym wzrostem produkcji. Te dane eksperymentalne są potwierdzone wynikami badań warstwa-po-warstwie kokolitoforów w dennych osadów dennych, które wykazały, że w ciągu ostatnich 220 lat szkielety kokolitoforów stały się cięższe średnio o 40%.

Kokkolitoforida – rozległa grupa małych jednokomórkowych glonów planktonowych, tworzących na powierzchni ażurowe płytki wapienne – kokolity. Kokolity są doskonale zachowane w stanie kopalnym i są szeroko stosowane w stratygrafii (w celu skorelowania osadów i określenia względnego wieku skał osadowych).

Od połowy ery mezozoicznej, kokolitofory były i pozostają głównymi producentami węglanu wapnia na oceanach świata.Wapienne szkielety kokolitów składają się głównie ze znanej kredy do pisania i nowoczesnych osadów dennych w wielu obszarach oceanu.

Obszary kwitnące kokosoftoforem są wyraźnie widoczne z kosmosu – wyglądają jak mlecznobiałe plamy na oceanie. Nz. Kwitną Emiliania huxleyi u południowo-zachodniego wybrzeża Anglii 30 lipca 1999 r. Zdjęcia z www.sanger.ac.uk

Pod uwagę wzięto wzrost stężenia CO2 w atmosferze jako całości powinien wywoływać efekt depresyjny dla organizmów morskich ze szkieletem wapiennym (kalcytem), takim jak koralowce, otwornice i kokolitofory. Rozpuszczając w wodzie, dwutlenek węgla przekształca się w kwas węglowy (H.2CO3), co zwiększa kwasowość wody. Zasadniczo powinno to zwiększać rozpuszczalność kalcytu i niekorzystnie wpływać na organizmy za pomocą szkieletu kalcytowego. Jednak w rzeczywistości wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane, szczególnie jeśli chodzi o organizmy, które, podobnie jak kokolitofory, nie tylko tworzą szkielet kalcytu, ale także fotosyntezę.

Kwas węglowy w reakcji z jonami węglanowymi (CO32-) i cząsteczki wody, tworzy jony wodorowęglanowe (HCO3). Redukcja stężenia CO32- zmniejsza nasycenie oceanu kalcytem (Ω-cal); jeśli Ω-cal spadnie poniżej jednostki, kalcyt rozpuści się.Z drugiej strony, ten sam proces prowadzi do zwiększenia stężenia jonów wodorowęglanowych, które służą jako "materiał budowlany" do budowy szkieletu kalcytu przez kokolitofory:

Ca2+ + 2HCO3 → CaCO3 + CO2 + H2O

Usuwanie CaCO z wody3zbudowanie szkieletu, prowadzi do obniżenia pH i stymuluje – poprzez krótki łańcuch związków przyczynowo-skutkowych – odwrotną wydajność CO2 od oceanu do atmosfery. Dodaj do tej fotosyntezy, podczas której CO2 aktywnie usuwany z wody i wchodzi w skład substancji organicznych. Nie zapominaj, że po śmierci, kokolitofory topią się, a masywny szkielet kalcytowy może pełnić rolę ładunku, a zatem tempo usuwania organicznego i nieorganicznego węgla z górnych warstw wody może zależeć od jego masy. Rezultatem jest bardzo zawiły system relacji i interakcji, który nie jest łatwy do modelowania i przewidywania. Zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę, że intensywność fotosyntezy i zwapnienia (powstawanie szkieletów wapiennych) w różnych organizmach zależy nie tylko od warunków abiotycznych (pH, Ω-cal, stężenie CO2CO32-, HCO3temperatura, światło itp.), ale także na cechy genetyczne i fizjologiczne.

Dlatego nauka nadal nie ma jednoznacznych odpowiedzi na wiele bardzo aktualnych zagadnień. Przede wszystkim chciałbym wiedzieć, jak reagują – i jak będą reagować w przyszłości – organizmy morskie ze szkieletem wapiennym na ciągły wzrost koncentracji CO2i jak ta reakcja wpłynie na skład atmosfery i klimatu. Aby to zrozumieć, najpierw musisz dowiedzieć się, w jaki sposób procesy zwapnień i fotosyntezy zależą od stężenia CO.2 w najbardziej rozpowszechnionych przedstawicieli fitoplanktonu, przede wszystkim kokolitofory.

Większość ekspertów skłonnych jest wierzyć w rosnące stężenia CO2 powinien zmniejszać intensywność zwapnień w organizmach morskich, w tym kokolitów. W serii eksperymentów na żywych hodowlach coccolithophores, to założenie wydaje się być potwierdzone. Jednakże grupa oceanologów i hydrobiologów z Wielkiej Brytanii, Francji i Stanów Zjednoczonych zwróciła uwagę na fakt, że większość tych eksperymentów nie była całkowicie poprawna: poziom pH w nich był regulowany przez dodanie niewielkiej ilości kwasu lub zasady do wody. Bardziej realistyczny model procesów zachodzących obecnie w oceanie i nastąpi w przyszłości ze względu na wzrost koncentracji CO2można uzyskać przez przepuszczenie pęcherzyków dwutlenku węgla przez wodę.

Właśnie to zrobili naukowcy. Badali wzrost komórek najbardziej rozpowszechnionych gatunków kokolitów. Emiliania huxleyi przy różnych stężeniach rozpuszczonego CO2 – od tych, które istniały przed początkiem rewolucji przemysłowej do tych, których spodziewano się pod koniec tego stulecia (około trzy razy wyżej).

Okazało się, że wraz ze wzrostem stężenia CO2 coccolithophores pewnie zwiększyły zarówno produkcję biomasy (mierzono ilość węgla zawartą w materii organicznej komórek), jak i zwapnienie (mierzono ilość węgla zawartego w szkieletach). Tempo wzrostu komórek nieznacznie się zmniejszyło, jednak same komórki stały się większe, a szkielety były masywne.

Wzrost średniej objętości koksu (oś pionowa) w miarę wzrostu stężenia rozpuszczonego CO2 (oś pozioma). Górna część rysunku pokazuje fotografie typowych kokolitów z odpowiednich hodowli uzyskanych za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Ryc. z danego artykułuNauka

Ważne jest, aby intensywność zwapnienia i fotosyntezy (to znaczy szybkość inkorporacji węgla do składu szkieletu i masy ciała) rosła równolegle, tak aby ich stosunek pozostał prawie niezmieniony.

Jeśli eksperyment został przeprowadzony prawidłowo, a wyniki są wiarygodne, to w ciągu ostatnich dwóch stuleci średnia wielkość kokoli w oceanie powinna znacznie wzrosnąć.

Aby to sprawdzić, autorzy zbadali osady denne z Północnego Atlantyku. Próbki pobierano w punkcie 57 ° 27. W, 27 ° 55 'W. Na głębokości 2630 m. Na tym obszarze gromadzą się opady z niezwykle dużą prędkością dla otwartego oceanu – 2,3 mm rocznie, co pozwoliło na bardzo szczegółową analizę dynamiki wielkości kokoli z lat 1780-2004.

Założenia autorów są w pełni potwierdzone. Średnia masa coccolith wzrosła z 1,08 × 10-11 g w 1780 do 1,55 x 10-11 g w 2004 r. Szczególnie szybki wzrost rozpoczął się w latach sześćdziesiątych XX wieku, co jest zgodne z danymi dotyczącymi dynamiki koncentracji CO.2.

Wzrost stężenia CO2 w atmosferze (górna krzywa) i średnią masę kokoli w dennych osadach Północnego Atlantyku. Ryc. z danego artykułuNauka

W osadach reprezentowane są nie tylko kokolity. Emiliania huxleyi, ale także ponad tuzin innych gatunków kokolitoforów, a stosunek ilościowy różnych gatunków praktycznie nie zmieniał się z czasem. Autorzy byli w stanie zmierzyć w każdej uwarstwionej próbce jedynie średnią masę wszystkich kokolitów jako całości (a nie każdego gatunku osobno),w związku z tym nie byli w stanie określić względnego udziału każdego gatunku w ogólnym zwiększeniu rozmiarów kokoli. Jednak coccoliths Emiliania huxleyi średnio tylko 3% całkowitej masy kokolitów w tych próbkach, więc jasne jest, że wraz ze wzrostem stężenia CO2 szkielet staje się bardziej masywny nie tylko u tego gatunku, ale także u innych.

Można zatem stwierdzić, że wzrost stężenia dwutlenku węgla nie hamuje, ale przeciwnie, stymuluje tworzenie szkieletów kalcytu w co najmniej niektórych kokolitoforach w niektórych obszarach oceanu. Fakt ten należy oczywiście wziąć pod uwagę w modelach geochemicznych, ale wiele pozostaje niejasnych. W szczególności należy dowiedzieć się, jak wpływa na wzrost CO2 na innych coccolithophores w innych obszarach oceanu, co odzwierciedla wzrost masy szkieletowej w tempie usuwania węgla organicznego z górnych warstw wody, i wiele więcej.

Źródło: M. Debora Iglesias-Rodriguez i in. Znieczulenie fitoplanktonu w wysokim CO2 Świat // Nauka. 2008. V. 320. P. 336-340.

Zobacz także:
Zdolność do budowy szkieletu mineralnego była początkowo charakterystyczna dla zwierzęcia, "Elements", 09.07.2007.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: