Phytoplankton reagiert auf einen Anstieg der CO2-Konzentration nicht wie erwartet • Alexander Markov • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Ökologie, Biologie

Phytoplankton reagiert nicht wie erwartet auf einen Anstieg der CO 2 -Konzentrationen

Kokkolitoforida Emiliania Huxleyi – die zahlreichste und produktivste aller Meeresorganismen mit Kalkskelett. Während der Massenblüte kann die Populationsdichte dieser Art 10 Tausend Zellen pro 1 ml Meerwasser mit einer Blütenfläche von bis zu Hunderttausenden von Quadratmetern erreichen. km Fotos von www.co2.ulg.ac.be

Experimente haben gezeigt, dass die Hauptproduzenten von Calciumcarbonat in den Weltmeeren, mikroskopisch kleine Coccolithophoride, auf einen Anstieg der CO-Konzentration reagieren.2 in der Atmosphäre ist kein Rückgang, wie erwartet, aber eine deutliche Steigerung der Produktion. Diese experimentellen Daten werden durch die Ergebnisse von Schicht-für-Schicht-Studien von Coccolithophoriden in den Meeresbodensedimenten bestätigt, die zeigten, dass die Skelette der Coccolithophoriden in den letzten 220 Jahren im Durchschnitt um 40% schwerer geworden sind.

Kokkolitoforidy – eine umfangreiche Gruppe kleiner einzelliger Planktonalgen, die auf der Zelloberfläche durchbrochene Kalkplatten – Coccolithen bilden. Die Coccolithe sind im fossilen Zustand perfekt erhalten und werden in der Stratigraphie (zur Korrelation von Sedimenten und zur Bestimmung des relativen Alters von Sedimentgesteinen) häufig verwendet.

Seit der Mitte des Mesozoikums waren und sind Coccolithophoriden die Hauptproduzenten von Kalziumkarbonat in den Weltmeeren.Die Kalkskelette der Coccolithophoriden bestehen hauptsächlich aus der bekannten Schreibkreide und modernen Bodensedimenten in vielen Bereichen des Ozeans.

Die blühenden Bereiche des Coccolithophorides sind aus dem Weltraum deutlich sichtbar – sie sehen aus wie milchige weiße Flecken im Ozean. Im Bild: Blüte Emiliania Huxleyi vor der Südwestküste Englands am 30. Juli 1999. Fotos von www.sanger.ac.uk

Ein Anstieg der CO-Konzentration wird in Betracht gezogen2 in der Atmosphäre als Ganzes sollte eine dämpfende Wirkung auf marine Organismen mit einem kalkhaltigen (Calcit) Skelett, wie Korallen, Foraminiferen und Coccolithophoriden haben. In Wasser lösend, wird Kohlendioxid in Kohlensäure umgewandelt (H2CO3), die den Säuregehalt des Wassers erhöht. Im Prinzip sollte dies die Löslichkeit von Calcit erhöhen und Organismen mit einem Calcitskelett nachteilig beeinflussen. In Wirklichkeit ist jedoch alles viel komplizierter, vor allem wenn es sich um Organismen handelt, die wie Coccolithophoriden nicht nur das Calcitskelett bilden, sondern auch Photosynthese betreiben.

Kohlensäure durch Reaktion mit Carbonationen (CO32-) und Wassermoleküle, bildet Bikarbonat – Ionen (HCO3). CO-Konzentrationsreduktion32- reduziert die Ozeansättigung mit Calcit (Ω-cal); Wenn Ω-cal unter eine Einheit fällt, löst sich Calcit auf.Auf der anderen Seite führt der gleiche Prozess zu einer Erhöhung der Konzentration von Bicarbonationen, die als "Baumaterial" für den Aufbau des Calcitskeletts durch Coccolithophoriden dienen:

Ca2+ + 2HCO3 → CaCO3 + CO2 + H2O

CaCO-Entfernung aus Wasser3Der Aufbau des Skeletts führt zu einer Abnahme des pH-Wertes und stimuliert – durch eine kurze Kette von Ursache-Wirkungs-Beziehungen – die umgekehrte CO-Ausbeute2 vom Ozean in die Atmosphäre. Fügen Sie dieser Photosynthese hinzu, während der CO2 aktiv aus dem Wasser entfernt und ist in der Zusammensetzung von organischen Stoffen enthalten. Vergessen Sie nicht, dass nach dem Tod Coccolithophoriden ertrinken und das massive Kalzitskelett die Rolle der Ladung spielen kann und daher die Geschwindigkeit der Entfernung von organischem und anorganischem Kohlenstoff von den oberen Wasserschichten von seiner Masse abhängen kann. Das Ergebnis ist ein sehr kompliziertes System von Beziehungen und Interaktionen, das nicht so einfach zu modellieren und vorhersagen ist. Insbesondere wenn man berücksichtigt, dass die Intensität sowohl der Photosynthese als auch der Verkalkung (Bildung von Kalkskeletten) in verschiedenen Organismen nicht nur von abiotischen Bedingungen (pH, Ω-cal, CO-Konzentration) abhängt2, CO32-, HCO3Temperatur, Licht usw.), aber auch auf genetische und physiologische Eigenschaften.

Daher hat die Wissenschaft noch immer keine eindeutigen Antworten auf eine Reihe hochaktueller Fragen. Zunächst möchte ich wissen, wie auf die fortschreitende Erhöhung der CO-Konzentration reagiert wird – und wie sie in Zukunft auf marine Organismen mit kalkhaltigem Skelett reagieren werden2und wie diese Reaktion die Zusammensetzung der Atmosphäre und des Klimas beeinflusst. Um dies zu verstehen, müssen Sie zuerst herausfinden, wie die Prozesse der Verkalkung und Photosynthese von der Konzentration von CO abhängen.2 in den am weitesten verbreiteten Vertretern des Phytoplanktons, hauptsächlich Coccolithophoren.

Die meisten Experten neigen dazu, steigende CO-Konzentrationen zu glauben2 sollte die Intensität der Verkalkung in Meeresorganismen einschließlich Coccolithophoriden verringern. In einer Reihe von Experimenten an lebenden Kulturen der Coccolithophoriden scheint sich diese Annahme zu bestätigen. Eine Gruppe von Ozeanologen und Hydrobiologen aus dem Vereinigten Königreich, Frankreich und den Vereinigten Staaten machte jedoch darauf aufmerksam, dass die meisten dieser Experimente nicht ganz korrekt waren: Der pH-Wert in ihnen wurde durch Zugabe kleiner Mengen Säure oder Alkali zu Wasser eingestellt. Ein realistischeres Modell der Prozesse, die heute im Ozean auftreten und in Zukunft aufgrund einer Erhöhung der CO-Konzentration auftreten werden2kann erhalten werden, indem Kohlendioxidblasen durch das Wasser geleitet werden.

Genau das haben die Forscher getan. Sie untersuchten das Wachstum von Zellen der am weitesten verbreiteten Coccolithophoriden. Emiliania Huxleyi bei verschiedenen Konzentrationen von gelöstem CO2 – von denen, die vor dem Beginn der industriellen Revolution existierten, bis zu denen, die am Ende dieses Jahrhunderts erwartet wurden (ungefähr dreimal höher).

Es stellte sich heraus, dass mit zunehmender CO-Konzentration2 Coccolithophoriden erhöhen selbstbewusst sowohl die Biomasseproduktion (die Menge an Kohlenstoff, die in dem organischen Material der Zellen enthalten ist, wurde gemessen) als auch die Verkalkung (die Menge an Kohlenstoff, die in den Skeletten enthalten ist, wurde gemessen). Die Wachstumsrate der Zellen nahm leicht ab, jedoch wurden die Zellen selbst größer und die Skelette waren massiv.

Wachstum des durchschnittlichen Coccolithvolumens (vertikale Achse) wenn die Konzentration von gelöstem CO ansteigt2 (horizontale Achse). Der obere Teil der Abbildung zeigt Fotografien von typischen Coccolithen aus den jeweiligen Kulturen, die mit einem Rasterelektronenmikroskop erhalten wurden. Abb. aus dem Artikel in FrageWissenschaft

Es ist wichtig, dass die Intensität der Verkalkung und Photosynthese (dh die Geschwindigkeit der Aufnahme von Kohlenstoff in die Zusammensetzung des Skeletts und des Körpergewichts) parallel wuchs, so dass ihr Verhältnis fast unverändert blieb.

Wenn das Experiment korrekt durchgeführt wurde und die Ergebnisse zuverlässig sind, dann sollte die durchschnittliche Größe der Coccolithen im Ozean in den letzten zwei Jahrhunderten signifikant zugenommen haben.

Um dies zu überprüfen, untersuchten die Autoren Bodensedimente aus dem Nordatlantik. Proben wurden an einem Punkt 57 ° 27 genommen. W, 27 ° 55 'W. In einer Tiefe von 2630 m sammelt sich Niederschlag mit einer ungewöhnlich hohen Geschwindigkeit für den offenen Ozean von 2,3 mm pro Jahr, was eine sehr detaillierte Analyse der Dynamik der Größe der Coccolithen von 1780 bis 2004 ermöglichte.

Die Annahmen der Autoren sind voll bestätigt. Die durchschnittliche Coccolithmasse stieg von 1,08 × 10 an-11 g in 1780 zu 1.55 × 10-11 g im Jahr 2004. Besonders rasantes Wachstum begann in den 1960er Jahren, was gut mit den Daten zur Dynamik der CO-Konzentration übereinstimmt.2.

CO-Konzentration erhöhen2 in der Atmosphäre (obere Kurve) und die durchschnittliche Coccolithenmasse in den Bodensedimenten des Nordatlantiks. Abb. aus dem Artikel in FrageWissenschaft

Nicht nur Coccolithe sind in Sedimenten vertreten. Emiliania Huxleyi, aber auch mehr als ein Dutzend anderer Arten von Coccolithophoriden, und das quantitative Verhältnis verschiedener Arten änderte sich im Laufe der Zeit praktisch nicht. Die Autoren konnten in jeder geschichteten Probe nur die durchschnittliche Masse aller Coccolithen als Ganzes messen (und nicht jede Spezies separat),daher konnten sie nicht den relativen Beitrag jeder Art zum Gesamtzuwachs der Coccolithen bestimmen. Allerdings Coccolithen Emiliania Huxleyi im Durchschnitt nur 3% der Gesamtmasse an Coccolithen in diesen Proben, so ist es klar, dass mit zunehmender Konzentration von CO2 das Skelett wird nicht nur bei dieser Art, sondern auch bei anderen massiver.

Daraus kann gefolgert werden, dass eine Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration nicht inhibiert, sondern im Gegenteil die Bildung von Calcitskeletten in zumindest einigen Coccolithophoriden in einigen Bereichen des Ozeans stimuliert. Diese Tatsache muss natürlich in geochemischen Modellen berücksichtigt werden, aber vieles bleibt unklar. Insbesondere ist es notwendig herauszufinden, wie sich das Wachstum von CO auswirkt2 auf anderen Coccolithophoriden in anderen Bereichen des Ozeans, was sich in einem Anstieg der Skelett-Massivität bei der Geschwindigkeit der Entfernung von organischem Kohlenstoff aus den oberen Wasserschichten und vielem mehr zeigt.

Quelle: M. Debora Iglesias-Rodriguez et al. Phytoplankton Verkalkung in einem CO-reichem Zustand2 Welt // Wissenschaft. 2008. V. 320. S. 336-340.

Siehe auch:
Die Fähigkeit, ein Mineralskelett zu bauen, war ursprünglich den Tieren eigen, "Elements", 09.07.2007.

Alexander Markow


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