En studie som inkluderade den första vinterprovtagningen av växtplankton i Nordatlanten avslöjade celler mindre än vad forskarna förväntade sig, vilket innebär att ett nyckelvapen i kampen mot överskott av koldioxid i atmosfären kanske inte är så kraftfullt som man trodde.

Således, vanliga modeller för kolbindning kan vara för optimistiska.

Oregon State University forskar om mikroskopiska alger, del av NASA:s North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study, publicerades i veckan i International Society for Microbial Ecology Journal .

Fynden är betydande eftersom vårens växtplanktonblomning i Nordatlanten "förmodligen är den största biologiska kolbindningsmekanismen på planeten varje år, och storleken på celler avgör hur snabbt det kolet sjunker, " sa studiens motsvarande författare, OSU College of Science mikrobiologiforskare Steve Giovannoni.

OSU-postdoktorn Luis Bolaños är huvudförfattare.

Växtplankton är mikroskopiska organismer vid basen av havets näringskedja och en nyckelkomponent i en kritisk biologisk kolpump. De flesta flyter i den övre delen av havet, där solljus lätt kan nå dem.

De små växterna har stor effekt på halterna av koldioxid i atmosfären genom att suga upp den under fotosyntesen. Det är en naturlig diskbänk och ett av de största sätten att CO ₂ , den vanligaste växthusgasen, skuras från atmosfären. Att förstå hur och varför växtplankton blommar varje vår är avgörande för att lära sig hur jordens levande system kan reagera på globala klimatförändringar.

När havet drar in atmosfärisk koldioxid, växtplankton använder CO ₂ och solljus för fotosyntes:De omvandlar dem till sockerarter som cellerna kan använda för energi, producerar syre i processen.

Växtplanktoncellerna absorberar den CO ₂ så småningom sjunker till botten av havet när de dör. Planetens ekologiska hälsa beror på regelbundna planktonblomningar som vårhändelsen i Nordatlanten där enorma mängder växtplankton samlas över tusentals kvadratkilometer.

Det större projektet som Bolaños och Giovannoni var en del av, studien av nordatlantiska aerosoler och marina ekosystem, leddes av Michael Behrenfeld från OSU College of Agricultural Sciences. Teamet använde fartygs- och flygplansbaserade mätningar och satellit- och havssensordata för att klargöra de årliga fytoplanktoncyklerna och deras förhållande till atmosfäriska aerosoler.

Aerosoler är små partiklar suspenderade i atmosfären som kan påverka jordens klimat- och strålningsbudget – genom att studsa solljuset tillbaka ut i rymden och, i den lägre atmosfären, genom att ändra storleken på molnpartiklar, som förändrar hur moln reflekterar och absorberar solljus.

Bolaños, Giovannoni och deras medarbetare tog prover på växtplankton i västra Nordatlanten både tidigt på vintern och våren för att försöka få grepp om hur växtplanktonsamhället övergick mellan dessa säsonger.

I tidigare forskning, Behrenfeld fann att ökningen av antalet växtplankton, visas av klorofyll- och kolkoncentrationer, börjar i midvintern när tillväxtförhållandena är som sämst snarare än att startas av att vårvädret börjar.

"Ytskiktet i Nordatlanten är djupt blandat på vintern av stormar och temperaturberoende 'konvektiv' blandning, " Behrenfeld förklarade. "Detta gör att växtplankton sprids tunnare i vattnet, vilket gör det svårt för de små djuren som äter växtplankton att spåra sitt byte. Minskningen av utfodring gör det möjligt för växtplanktonet att få ett försprång i tillväxten som en öppningsakt för den massiva blomningen som inträffar när vinterstormarna avtar och förutsättningarna för tillväxt blir bättre. Vid vårens slut, betarna har gjort upp den förlorade marken, äter upp växtplanktonet när det växer och tar slut på blomningen."

Ungefär hälften av organismerna i vårblomningen som forskarna tog prover kunde inte genetiskt spåras till vinterproverna, Sa Bolaños.

"Detta tyder på att det finns livshistoriska strategier genom vilka växtplankton som inte går att upptäcka på vintern kan stiga till höga antal på våren, eller det är en snabb samhällsomsättning på grund av cirkulationen av vattenmassor, " han sa.

Bolaños tillade att kiselalger, tros dominera växtplanktonblommor i Nordatlanten, ofta inte var en stor del av provernas genetiska profiler, och när de var en stor del, cellerna var små-antingen av nano-fytoplanktonsort eller i den mindre änden av mikro-fytoplanktons skala.

"Biogeokemiska modeller påverkas ofta av uppfattningen att nordatlantiska växtplanktonblomningar är sammansatta av stora celler, "sa han." Den uppfattningen har upprätthållits av modeller som antar att kiselalger är enhetligt stora celler. Men det är de inte."

Algoritmer som förutsäger kolexport från satellitavkänd klorofyll tenderar att tilldela höga exporthastigheter till växtplanktonblomningar på tron, baserat på observationer från östra Nordatlanten, att stora kiselalger dominerar vid sin klimax.

Resultaten av denna studie, Giovannoni sa, tyder på att extrapolering av dessa observationer till västra Nordatlanten kanske inte är en giltig praxis.

"Vi är inte säkra på om våra nya observationer av små växtplankton i västra Nordatlanten beror på fysiska skillnader mellan västra och östra Nordatlanten, havsvärmning och högre atmosfärisk CO ₂ koncentrationer, eller begränsningar av tidigare forskningsmetoder, " sa han. "Det finns också en chans att våra observationer var en anomali, en tillfällighet. Vi vet inte säkert."

Celler mindre än 20 mikrometer i diameter utgjorde det mesta av fytoplanktonbiomassan i studieproverna. Kiselalger var viktiga bidragsgivare men inte huvudkomponenten i biomassa.

"Vi fann att det var olika, små växtplanktontaxa var oväntat vanliga i västra Nordatlanten och att regionala influenser spelar en stor roll i samhälleliga övergångar under den säsongsmässiga utvecklingen av blomningar, ", sa Giovannoni. "Den djupt kontrasterande sammansättningen av vintersamhället, och dominansen av små taxa som vi hittade på våren, är systemegenskaper som förändrar vårt perspektiv och är områden för framtida forskning. Våra resultat kan ha stora konsekvenser för att förstå hur blomningarna påverkar regional kolbiogeokemi - de flerarter som vi beskriver kan ha lägre kolexporteffektivitet än vad modellerna vanligtvis tillåter."