Wissenschaftler können den Kohlenstofftransfer im Ozean anhand von tief tauchenden winzigen Organismen vorhersagen

Nennen Sie sie Anhalter; Die Mikroben, die sich an Partikeln an der Meeresoberfläche festsetzen, haben eine große Aufgabe. Sie reiten entlang, bis sie den Grund erreichen, und transportieren Kohlenstoff in die tiefsten Gewässer des Ozeans. Die Reise kann Wochen bis Monate dauern, obwohl die Schätzung der Rate eine Herausforderung war – bis jetzt.

Ein USC-geführtes Team internationaler Wissenschaftler hat herausgefunden, dass die Geschwindigkeit dieses Kohlenstofftransfers von der Größe und Art der Bakterien beeinflusst wird, die sich an die Partikel binden. Die Entdeckung hat es den Forschern ermöglicht, ein Computermodell zur Abschätzung des Kohlenstofftransfers, eines Teils des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs der Erde zur Stabilisierung des Klimas, in Ozeanen auf der ganzen Welt zu entwickeln.

Diese Entdeckung wurde am Montag in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation, wirft ein besseres Licht darauf, wie Kohlenstoff – einschließlich der Verschmutzung durch Autos – aus der Atmosphäre in den Ozean gelangt und schließlich seinen Weg in die Tiefsee findet, sagte Naomi Levine, Assistenzprofessorin für Biowissenschaften, quantitative und computergestützte Biologie und Erdwissenschaften an der USC Dornsife College für Literatur, Kunst und Wissenschaften.

Die Kenntnis der Kohlenstofftransferrate könnte Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie gut die Erde Kohlenstoff in den tiefsten Teilen ihrer Ozeane zurückhält – oder ob ein Großteil des Kohlenstoffs, der normalerweise sinken würde, in die Atmosphäre zurückkehrt, sagte Levine.

„Dies ist das erste Mal, dass wir in der Lage sind, ein Modell zur Vorhersage der Dynamik des Kohlenstoffkreislaufs im Ozeanmaßstab zu erstellen, das diese im Labor beobachteten Prozesse im Mikromaßstab berücksichtigt“, sagte Levine. „Wir zeigen, dass die Prozesse sehr wichtig sind.“

Aufgrund der übergroßen Rolle von Mikroben bei der Übertragung von Kohlenstoff sind Wissenschaftler daran interessiert, auch ihre Kolonien und ihre Überlebensfähigkeit zu verstehen. Ohne sie „fällt Kohlenstoff tiefer in den Ozean. Dies wirkt sich darauf aus, wie viel CO2 in der Atmosphäre verbleibt“, sagte Levine.

Manche mögen es heiß

Einigen Schätzungen zufolge speichert der Ozean 38.000 Gigatonnen Kohlenstoff – bis zu 16 Mal so viel wie in der Biosphäre der Erde vorkommt. Kohlendioxid gehört zu den Kohlenstoffen, die in die Ozeane gelangen. Während es die Oberflächentemperaturen der Ozeane in die Höhe treibt, ist es für manches Leben, wie Phytoplankton – die Pflanzen des Ozeans, unerlässlich. Die Erhöhung des CO2-Ausstoßes macht das Wasser jedoch saurer, was das Überleben einiger ozeanischer Organismen gefährden kann – einschließlich Korallen und Seetang, die die Hauptnahrung für Meereslebewesen sind.

Das Forschungsteam fand heraus, dass die Geschwindigkeit, mit der Kohlenstoff in den Ozean absinkt – und die Tiefe, in der der Transfer stattfindet – auch davon abhängt, wie weit die Bakterien auf der Fahrt ihres Lebens nach unten reisen. Für einige Bakterien ist es eine relativ kurze Reise, und im Gegensatz zu diesen halb aufgefressenen Partikeln schaffen sie es nie in die Tiefsee, die mehr als 1.000 Meter von der Oberfläche entfernt ist. Gesunde Bakterienkolonien hingegen erhöhen das Potenzial, dass der Kohlenstoff – der freigesetzt wird, wenn die hungrigen Tramper Partikel kauen – im Oberflächenozean verbleibt und in die Atmosphäre zurückkehrt.

„Bei diesen Bakterien gibt es viele Sterblichkeits- oder Todesfälle. Das wirkt sich auf die Geschwindigkeit aus, mit der sie diese Partikel abbauen können“, sagte Trang Nguyen, Co-Autor der Studie und Postdoktorand an der USC Dornsife. „Durch den Abbau der Partikel setzen sie auch Stickstoff und Phosphor wieder in das Ökosystem frei, was ein entscheidender Teil des Kreislaufs dieser Elemente ist.“

Und zu wissen, welche Bakterien an welchen Stellen der Ozeane leben, könnte Wissenschaftlern auch dabei helfen, das Modell anzupassen, um eine lokale Rate der Kohlenstoffübertragung – oder Freisetzung, je nachdem, ob die Bakterien gedeihen oder nicht – besser vorherzusagen.

Levine arbeitete mit Forschern des Massachusetts Institute of Technology, der UC San Diego und der ETH Zürich in der Schweiz zusammen.