Какая связь между физиологией фитопланктона?

Океанский фитопланктон является важным компонентом глобального углеродного цикла, поскольку он фотосинтезирует, улавливая углерод (C) и транспортируя его в глубины океана. Рост фитопланктона зависит не только от углерода, но также от азота (N) и фосфора (P), которые необходимы для его клеточных функций. Стехиометрия фитопланктона определяет относительные пропорции различных элементов, таких как C, N и P, в этих организмах. Ключевые связи существуют между стехиометрией фитопланктона и климатом посредством взаимосвязей между океаническим углеродным насосом, круговоротом питательных веществ, динамикой пищевой сети и реакцией на связанные с климатом факторы, такие как атмосферный углекислый газ (CO).₂) Концентрация и температура.

В 1930-х годах американский океанограф Альфред Редфилд сделал важное открытие: он обнаружил, что концентрации элементов C, N и P в морском фитопланктоне находятся в примерно постоянном соотношении примерно 106:16:1 – соотношении, которое теперь названо в его честь как Коэффициент Редфилда. Удивительно, но исследования Редфилда также показали, что в собранных им образцах морской воды концентрация нитратов, важнейшего источника питательных веществ азота, была в среднем в 16 раз выше, чем концентрация фосфатов, важнейшего источника питательных веществ фосфора. Соотношения азота и фосфора (N:P) как в фитопланктоне, так и в морской воде удивительно схожи, что указывает на тесную связь между молекулярными (фитопланктон) и растворенными (морская вода) пулами питательных веществ.

Вопрос о том, контролирует ли соотношение N:P в растворенном пуле соотношение твердых частиц или наоборот, долгое время озадачивал морское научное сообщество. «Это вопрос курицы и яйца», — говорит доктор. Биохимия. В настоящее время он и его коллеги провели пилотное исследование, изучающее взаимосвязь между соотношением азота и фосфора в растворенных неорганических органических веществах и твердых частицах органического вещества в морской воде. Исследование теперь опубликовано в журнале Развитие наукиПодчеркивает важность изменения соотношения C:N:P в фитопланктоне для регулирования соотношения растворенных в океане питательных веществ в глобальном масштабе и подчеркивает уровень морского кислорода как важнейший регулятор в системе Земли.

Чтобы исследовать эти взаимосвязи, авторы использовали вычислительную модель физиологии водорослей в сочетании с моделью системы Земли, в которой фитопланктон динамически оптимизирует соотношение C:N:P в ответ на различные условия окружающей среды. В компьютерной модели они смогли изменить свойства фитопланктона и наблюдать, как при этом изменились пропорции азота и фосфора в воде.

Они провели серию из 400 симуляций, которые варьировались по минимальному содержанию азота и фосфора, необходимому водорослям для выживания. Результаты модели раскрывают сложные механизмы обратной связи, включающие изменения содержания азота и фосфора в фитопланктоне, уровня океанического кислорода и азота.₂ Фиксация азотфиксирующим фитопланктоном и денитрификация. Результаты модели бросают вызов обычно предполагаемой тесной взаимосвязи между соотношением питательных веществ в фитопланктоне и морской воде. Вместо того, чтобы пытаться раскрыть причины сходства наблюдаемых в настоящее время соотношений между фитопланктоном и морской водой, результаты подчеркивают, что эти соотношения не являются похожими по своей сути. Другими словами, сходство, наблюдаемое в наши дни, зависит от штата, и это состояние может быть подвержено изменениям, по крайней мере, во временном масштабе, не охваченном многими десятилетиями наблюдений за океаном in situ.

Кроме того, анализ подчеркивает потенциально значительное влияние квоты азота и фосфора фитопланктона на содержание углекислого газа в атмосфере.₂ Уровни в масштабах геологического времени. Традиционно считалось, что изменения в стехиометрии фитопланктона и внутри морской экосистемы оказывают относительно незначительное влияние на морскую биогеохимию и, следовательно, на атмосферный CO2.₂ Уровни. Теперь эту точку зрения можно подвергнуть сомнению, поскольку данное исследование указывает на потенциальную важность физиологических деталей климатических условий на нашей планете.

Авторы объясняют значимость полученных результатов: «Наши результаты показывают, что концентрация углекислого газа в атмосфере₂ Кроме того, температура океана и воздуха чрезвычайно чувствительна к изменениям элементной стехиометрии, возникающим в результате изменений физиологии фитопланктона. «Понимание этих связей может помочь ученым сделать более точные прогнозы о том, как экосистемы и климат нашей планеты будут развиваться в будущем.

Отказ от ответственности: AAAS и EurekAlert! Мы не несем ответственности за достоверность информационных бюллетеней, публикуемых на EurekAlert! Через участвующие учреждения или использовать любую информацию через систему EurekAlert.