Studienergebnisse zeigen, dass Meeresströmungen für mikroskopisch kleine Organismen als „Schnellstraße“ in tiefere Tiefen fungieren

Einige der kleinsten Organismen des Ozeans werden in Unterwasserströmungen gespült, die als Kanal dienen, der sie von der sonnigen Oberfläche in tiefere, dunklere Tiefen transportiert, wo sie laut einer neuen Forschung eine große Rolle bei der Beeinflussung der Chemie und des Ökosystems des Ozeans spielen.

Veröffentlicht im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften und basierend auf Feldforschung während drei Forschungskreuzfahrten in den Jahren 2017 bis 2019, die Studie Der Schwerpunkt liegt auf subtropischen Regionen im Mittelmeer. Es wurde aufgedeckt, wie einige mikroskopisch kleine einzellige Organismen, die zu leicht sind, um weiter als etwa 100 Meter zu sinken – wie Phytoplankton und Bakterien –, tiefer in den Ozean vordringen, wo es nicht genug Sonnenlicht gibt, damit diese photosynthetischen Organismen wachsen, leben und essen können.

„Wir haben herausgefunden, dass diese Organismen, weil sie so klein sind, von Meeresströmungen mitgerissen werden können, die sie dann tiefer bringen als dort, wo sie wachsen“, sagte Mara Freilich, Assistenzprofessorin an der Abteilung für Angewandte Mathematik und am Department of Earth, Environmental der Brown University und Planetary Sciences, die die Arbeit als Doktorand ins Leben gerufen haben. Student eines gemeinsamen Programms am MIT und der Woods Hole Oceanographic Institution. „Für diese Organismen ist es oft eine einfache Reise, aber durch diese Reise spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Verbindung verschiedener Teile des Ozeans.“

Freilich führte die Forschung während ihrer Doktorarbeit durch. mit Amala Mahadevan, leitende Wissenschaftlerin am Woods Hole, in enger Zusammenarbeit mit der leitenden Wissenschaftlerin am Marine Biological Laboratory Alexandra Z. Worden und ihrem Team.

Die vom Team gefundenen Strömungen werden als Intrusionen bezeichnet. Indem sie die winzigen Organismen mitreißen, tragen sie dazu bei, die Art der Nahrung in den tieferen Schichten des Ozeans zu verändern und gleichzeitig eine erhebliche Menge Kohlenstoff von der Wasseroberfläche zu transportieren. Dies trägt dazu bei, andere Organismen in der Nahrungskette des Ozeans zu ernähren und erhöht die Komplexität des Ökosystems in tieferen Tiefen, was Einfluss darauf hat, wie Leben und Chemie unter Wasser funktionieren.

Insgesamt stellt die Studie das herkömmliche Verständnis darüber in Frage, wie Kohlenstoff, der durch Photosynthese in der sonnenbeschienenen Schicht des Ozeans in organische Materie umgewandelt wird, in die Tiefe transportiert wird.

„Der Großteil der Photosynthese – bei der Licht in organischen Kohlenstoff umgewandelt wird, eine Nahrungsquelle für lebende Organismen – findet in den oberen 50 Metern des Ozeans statt, daher war die Frage schon immer: Wie gelangt der Kohlenstoff, der durch Photosynthese fixiert wird, hinein? der tiefe Ozean?“ sagte Freilich.

„Das Absinken kohlenstoffreicher Partikel wurde immer als die einzige Antwort auf diese Frage angesehen. Wir haben jedoch herausgefunden, dass winzige, einzellige Organismen in der Meeresströmung hängen bleiben und Eindringlinge bilden … Solche Eindringlinge sind wesentliche Merkmale der subtropischer Ozean – während sie sich seitlich über mehrere Dutzend Kilometer erstrecken, sinken sie auch in der Vertikalen über Hunderte von Metern und bringen dabei Zellen und Kohlenstoff mit. Dieser Mechanismus wurde in früheren Schätzungen des Kohlenstofftransports nicht berücksichtigt.

Die Forscher fanden heraus, dass die Eingriffe das ganze Jahr über stattfinden und ihren Ursprung in Gebieten haben, die reich an Biomasse sind, auch dort, wo die pflanzenähnlichen Organismen ihre höchste Konzentration aufweisen. Bisher ging man davon aus, dass Meeresströmungen Kohlenstoff nur saisonal in die Tiefe befördern. Die Forscher vermuten, dass diese Eingriffe in den subtropischen Ozeanen der Welt weit verbreitet sind. Sie stellen Kanäle für den kontinuierlichen Transport von Kohlenstoff und Sauerstoff vom sonnenbeschienenen Ozean in die Tiefe dar.

„Wir haben mikrobielle Gemeinschaften beobachtet, die bis zu einer Tiefe von 200 Metern genau wie mikrobielle Gemeinschaften an der Oberfläche aussahen“, sagte Freilich. „In anderen Regionen gehen wir davon aus, dass dies viel tiefer gehen könnte. Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass die Mehrzahl der Mikroben in den Intrusionen Bakterien waren, die sich von Kohlenstoff ernährten, der von den photosynthetisierenden Zellen fixiert wurde. Dies zeigte, dass der Großteil der Biomasse von dort transportiert wurde.“ Die sonnenbeschienenen Schichten bestehen aus nicht photosynthetischen Mikroben.

Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen den USA, Spanien und Italien unternahmen die Wissenschaftler für die Studie drei Reisen ins subtropische Mittelmeer. Sie nutzten spezielle Werkzeuge, um Eigenschaften wie Wassertemperatur, Salzgehalt und die Häufigkeit der winzigen Organismen in verschiedenen Tiefen zu messen. Die Analysen, die in Zusammenarbeit mit der mikrobiellen Ökologin Alexandra Worden am Marine Biological Laboratory durchgeführt wurden, trugen dazu bei, die Unterschiede zwischen Intrusionsproben und Hintergrundgewässern aufzuzeigen.

Die Feststellung, dass die mikrobiellen Gemeinschaften in den tieferen Intrusionsproben den mikrobiellen Gemeinschaften an der Oberfläche ähnelten, zeigte, dass sie in die Tiefe transportiert wurden. Die Forscher verwendeten auch Computermodelle, um Meeresströmungen zu simulieren und so aufzudecken, wie sich die Gemeinschaften winziger Pflanzen und Bakterien im Wasser bewegten.

„Mit den aussagekräftigen Daten aus dem Mittelmeerraum, die diesen Prozess dreidimensionaler Leitungen als Mechanismus zum Transport von Oberflächenmikroben in den dunklen Ozean in warmen Gewässern belegen, konnten wir Spuren eines ähnlichen Exports in großen Regionen des offenen Ozeans erkennen“, sagte Worden .

Die Studie unterstreicht nicht nur die ökologische Bedeutung von Eingriffen für die Gestaltung der Artenvielfalt der Ozeane, sondern geht auch auf die Frage ein, wie Eingriffe durch den Klimawandel beeinflusst werden könnten. Es wird davon ausgegangen, dass mit zunehmender Erwärmung der Ozeane der Erde der Kohlenstoffanteil in winzigen Zellen zunimmt und der Transport in Intrusionen möglicherweise nicht so stark beeinträchtigt wird wie andere Mechanismen, die Kohlenstoff in die Tiefe transportieren. Einbrüche verändern unser Verständnis darüber, wie sich Kohlenstoff im Ozean bewegt, und könnten dazu beitragen, die Kohlenstoffspeicherung und die mikrobielle Dynamik in der Tiefsee zu regulieren.

„Nachdem wir das gefunden haben, gibt es noch viel mehr zu entdecken“, sagte Freilich. „Als nächstes nutzen wir das, was wir hier gelernt haben, und ermitteln, ob wir damit vorhersagen können, wie sich Änderungen in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft auf den Kohlenstofftransport und den globalen Kohlenstoffkreislauf in einem sich ändernden Klima auswirken würden.“