150 milyon yılı aşkın bir süredir, kırmızı kan hücresinden daha küçük bir mikroskobik organizma, dünyanın okyanuslarına sessizce hakim oldu. Prochlorococcus çıplak gözle görünmez olabilir, ancak nefes aldığımız oksijenin yaklaşık% 20'sini üretmekten sorumludur ve deniz gıda ağlarının temelini dünyanın güneşli yüzey sularının% 75'inde oluşturur. Ekolojik önemine rağmen, bu kilit taşı türlerinin okyanuslarımız için öngörülen ısınma sıcaklıklarına nasıl tepki verdiğine dair şaşırtıcı derecede az verimiz vardı.
Deniz mikropları ve iklim değişikliği ile ilgili tahminlerin çoğu, kültürlü organizmaları kullanarak laboratuvar çalışmalarına büyük ölçüde dayanmaktadır – esasen bu yaratıkları doğal okyanus ortamlarının karmaşıklığını çoğaltamayan yapay koşullarda incelemek. Bizim anlayışımızdaki bu boşluk, tropikal okyanus sıcaklıklarının 2100 yılına kadar düzenli olarak 30 ° C'yi aşması öngörülmesi ve bu organizmaların milyonlarca yıldır yaşadığı aralığın çok ötesine geçmesi öngörülmektedir.
Okyanusun sıcaklığını hücresel seviyede almak
Son on yılda, meslektaşlarım ve ben, Pasifik Okyanusu'ndaki 90 araştırma yolculuğunda SeAflow adlı sürekli bir akış sitometresi kullandık. Bu enstrüman, 200.000 kilometrelik okyanus boyunca yaklaşık 800 milyar fitoplankton hücresi için boyut ve klorofil içeriği gibi bireysel hücre özelliklerini ölçmemize izin verdi. Bunu mikroskobik düzeyde sürekli okyanus yaşamı sayımı olarak düşünün.
Hücre boyutu dağılımlarının gündüz gece döngülerinde nasıl değiştiğini izlemek için istatistiksel modeller oluşturduk ve doğal için bölünme oranlarını hesaplamamızı sağladık Prochlorococcus popülasyonları rahatsız etmeden. Bu yaklaşım beklenmedik bir şey ortaya çıkardı: bölünme oranları başlangıçta beklendiği gibi artarken, 28 ° C civarında zirve yaptılar ve daha yüksek sıcaklıklarda keskin bir şekilde düştüler.
Bu termal “tatlı nokta” farklı okyanus bölgeleri ve metodolojileri arasında oldukça tutarlıydı. Bölünme oranlarının, birçok tropik bölgenin yüzyılın sonuna kadar düzenli olarak deneyimleyeceği bir sıcaklık olan 31 ° C'ye yaklaşık üç kat düştüğünü bulduk. Daha da çarpıcı, 18.000'den fazla ölçümden hücre bolluğu verilerini incelediğimizde, aynı modeli gördük: ProchlorococcuS popülasyonları en sıcak sularda sistematik olarak azaltıldı.
Gelecekteki sonuçları anlamak için bu termal tepkileri küresel bir okyanus ekosistem modeline entegre ettik. Sonuçlar ayıklıydı. Ilımlı ısınma senaryoları altında, Prochlorococcus Tropik bölgelerde üretim%17-34 azalabilir. Yüksek ısınma senaryoları altında, Batı Pasifik Sıcak Havuzu gibi bazı bölgeler bu popülasyonların tam olarak çökmesini görebilir.
Bir türün ötesinde: ekosistem çapında sonuçlar
Bu bulgular, küçük deniz organizmalarının gibi geleneksel bilgeliğe meydan okumaya meydan okuyor Prochlorococcus ısınan okyanuslarda gelişecek. Bunun yerine, deniz ekosistemleri boyunca basamaklı etkileri tetikleyebilecek temel bir güvenlik açığı ortaya çıkarırlar.
Öngörülen düşüş Prochlorococcus Popülasyonlar ısı ile mücadele eden bir türden fazlasını temsil eder. Bu organizmalar, sınırlı fonksiyonel fazlalıkla benzersiz bir ekolojik niş işgal eder, sadece deniz ekosistemlerindeki rollerinin yerini alabilecek başka organizmalar yoktur. Modellerimiz ilgili siyanobakterilerden bir miktar tazminat öngörürken Synechococcusgenel vardiya muhtemelen deniz gıda ağları boyunca ilerleyecektir. Diyetimizi pirinçten buğdaya değiştirmek gibi, her ikisi de tahıl, ancak sistemimiz üzerindeki etkileri farklı.
Bu geçiş diğer organizmalarla ilişkileri bozabilir ve sonuçta balık popülasyonlarını ve onlara bağlı toplulukları etkileyebilir. Deniz ekosistemlerinin birbirine bağlı doğası, mikroskobik seviyedeki değişikliklerin tüm gıda zincirinde yukarı doğru dalgalanabileceği anlamına gelir.
Evrimsel Tuzak
Daha temel olarak, çalışmamız sadece besin sınırlaması veya diğer faktörlerin değil, termal kısıtlamaların iklim değişikliğine deniz ekosistem yanıtlarını nasıl şekillendireceğini vurgulamaktadır. İzin veren aerodinamik genom Prochlorococcus Milyonlarca yıl boyunca besin açısından fakir tropik sulara hükmetmek artık ısınan okyanuslara hızla uyum sağlama yeteneğini sınırlayabilir.
Artan termal toleransı ile varsayımsal sıcak uyarlanmış suşları modellediğimizde bile, yüksek ısınma senaryoları altında en sıcak bölgelerde önemli düşüşler meydana geldi. Bu, evrim bazı tampon sağlayabilirken, antropojenik iklim değişikliğinin hızlı temposu göz önüne alındığında, büyük ekosistem bozulmasını önleyecek kadar hızlı olmayabilir.
Çıkarımlar deniz biyolojisinin ötesinde küresel biyojeokimyasal döngülere ve iklim geri bildirimlerine kadar uzanmaktadır. Okyanus verimlilik modellerindeki değişiklikler, okyanusun karbondioksiti emme kapasitesini etkileyebilir, iklim değişikliğini potansiyel olarak hızlandırabilir ve sadece anlamaya başladığımız geri bildirim döngüleri ile.
Bir yanıt yazın