Praktisch alle Meereslebewesen – Fische, Schildkröten, Haie, Wale und mehr – sind zum Überleben auf das Nahrungsnetz der Meere angewiesen. Die Grundlage dieses immensen Energieflusses ruht jedoch auf den Schultern des mikroskopisch kleinen, aber mächtigen Phytoplanktons.
Ohne lebenswichtige Nährstoffe wie Phosphor ist das Wachstum dieser winzigen schwimmenden Meerespflanzen begrenzt, und die Auswirkungen einer solchen Einschränkung kaskadieren durch das Ökosystem und wirken sich auf die Fülle und Vielfalt der Meeresbewohner aus. Ein Forschungsteam der Florida State University und der University of New Hampshire hat eine neue Studie veröffentlicht, die untersucht, wie eine wichtige Nährstoffquelle, gelöster organischer Phosphor, über den globalen Oberflächenozean verteilt wird, wo er von Phytoplankton verbraucht wird.
Die Arbeit erscheint heute in Natur Geowissenschaften.
Alle lebenden Organismen, einschließlich Phytoplankton, benötigen Phosphor, um DNA, RNA und andere essentielle organische Verbindungen zu synthetisieren. Phytoplankton, das auf der Meeresoberfläche wächst, dient nicht nur als Grundlage des marinen Nahrungsnetzes, sondern spielt auch eine wesentliche Rolle bei der Regulierung der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration und beeinflusst so das Klima.
Angela Knapp, Associate Professor of Earth, Ocean and Atmospheric Science, und Doktorand Zhou Liang fanden heraus, dass die Verfügbarkeit von Phosphat und Eisen die größten Faktoren sind, die die Verteilung von gelöstem organischem Phosphor im Ozean beeinflussen. Obwohl die Forscher den Einfluss von Phosphat auf den Gesamtprozess vermuteten, war die Erkenntnis, dass auch die Verfügbarkeit von Eisen eine bedeutende Rolle spielte, unerwartet.
„Diese Arbeit liefert neue Einblicke in das, was die Fruchtbarkeit des Ozeans steuert“, sagte Knapp, außerordentlicher Professor am Department of Earth, Ocean and Atmospheric Science der FSU.
Die Forscher stellten einen neuen globalen Ozeandatensatz der Konzentrationen von gelöstem organischem Phosphor zusammen, indem sie Tausende von Proben aus verschiedenen Meeresregionen analysierten, einschließlich Proben, die während Expeditionen gesammelt wurden, die Ozeanbecken durchquerten. Liang zeichnete neue Messungen auf und durchkämmte vorhandene Forschungsergebnisse, bis das Muster des Einflusses der Phosphat- und Eisenverfügbarkeit klar wurde.
„Gelöster organischer Phosphor kann eine alternative Nährstoffquelle sein, um das Phytoplanktonwachstum im Oberflächenozean zu unterstützen, wenn die Phosphatkonzentrationen niedrig sind“, sagte Liang, der Hauptautor. „Eisen ist auch im Oberflächenmeer knapp, und während ich den Zusammenhang zwischen Phosphat und gelöstem organischem Phosphor untersuchte, bemerkte ich, dass bestimmte Enzyme, die von Phytoplankton freigesetzt werden, Eisen benötigen, um richtig zu funktionieren. Zu verstehen, was den Verbrauch von gelöstem organischem Phosphor durch Phytoplankton steuert, kann uns besser helfen den Einfluss des Nährstoffs auf die Stickstofffixierungsraten, die Photosyntheseraten und die Kohlendioxidbindung durch Phytoplankton im Meer zu verstehen.
Die Entdeckung des Einflusses von Eisen auf Konzentrationen ist für ein breites Spektrum von Biogeochemikern relevant, und diese Arbeit schlägt auch eine Reihe von Erwartungen für gelösten organischen Phosphor vor, die experimentell getestet werden können.
„Wissenschaftliche Modellierer können diese Hypothesen verwenden, um Nährstoffbudgets und Photosyntheseraten besser einzuschränken, und Experimentatoren können neue Kulturarbeiten entwerfen, um sie zu testen“, sagte Liang. „Meereswissenschaftler verstehen Probenlücken und wo mehr Daten benötigt werden; diese Verbindungen sind interdisziplinärer Natur und werden mehr Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern wie Spurenmetallforschern, Nährstoffforschern, biologischen Ozeanographen und Modellierern fördern.“
Robert Letscher, Assistenzprofessor für Geowissenschaften am UNH Ocean Process Analysis Laboratory und am UNH College of Engineering and Physical Sciences an der University of New Hampshire, hat zu dieser Studie beigetragen.
Zhou Liang et al., Gelöste organische Phosphorkonzentrationen im Oberflächenozean, die sowohl durch Phosphat- als auch durch Eisenstress kontrolliert werden, Natur Geowissenschaften (2022). DOI: 10.1038/s41561-022-00988-1