MIT-WHOI Joint Program-studenten Henry Holm pumpar havsvatten för lipidprover från under havsisen på den västra Antarktiska halvön, 2018. Detta är för en WHOI-ledd studie som genomförde en global undersökning av lipider i havet för att analysera omega-3 fettsyror. Kredit:Benjamin Van Mooy / © Woods Hole Oceanographic Institution
Effekterna av globala klimatförändringar resulterar redan i förlust av havsis, accelererad havsnivåhöjning och längre och mer intensiva värmeböljor, bland andra hot.
Nu förutspår den första undersökningen någonsin av planktoniska lipider i det globala havet en temperaturrelaterad minskning av produktionen av essentiella omega-3-fettsyror, en viktig undergrupp av lipidmolekyler.
En betydande implikation av undersökningen är att allt eftersom den globala uppvärmningen fortskrider kommer det att finnas färre och färre omega-3-fettsyror som produceras av plankton vid basen av näringsväven, vilket kommer att innebära mindre omega-3-fettsyror tillgängliga för fisk och för människor . Omega-3-fettsyra är ett essentiellt fett som människokroppen inte kan producera på egen hand, och anses allmänt vara ett "bra" fett som kopplar konsumtion av skaldjur till hjärthälsa.
Undersökningen analyserade 930 lipidprover över hela det globala havet med hjälp av ett enhetligt högupplöst noggrant masspektrometrisk analytiskt arbetsflöde, "som avslöjar hittills okända egenskaper hos havets planktoniska lipidomer", vilket är helheten av hundratals till tusentals lipidarter i ett prov, enligt en ny artikel ledd av författare från Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).
"Med fokus på tio molekylärt olika glycerolipidklasser identifierade vi 1 151 distinkta lipidarter, och fann att fettsyraomättnad (dvs antalet kol till kol dubbelbindningar) är fundamentalt begränsad av temperatur. Vi förutspår betydande minskningar av den essentiella fettsyran eikosapentaensyra [EPA- ] under nästa århundrade, som sannolikt kommer att ha allvarliga skadliga effekter på ekonomiskt kritiska fiske,” konstaterar tidningen, ”Globala havslipidomer visar ett universellt samband mellan temperatur och lipidomättnad”, publicerad i Science .
EPA är en av de mest näringsrika omega-3-fettsyrorna, har kopplats till många hälsofördelar och är allmänt tillgänglig som kosttillskott. "Lipiderna i havet påverkar ditt liv", säger tidskriftsartikelns medförfattare Benjamin Van Mooy, senior forskare vid WHOI:s avdelning för marin kemi och geokemi. "Vi fann att sammansättningen av lipider i havet kommer att förändras när havet värms upp. Det är en anledning till oro. Vi behöver de lipider som finns i havet eftersom de påverkar kvaliteten på maten som havet producerar för mänskligheten ."
"Alla organismer i havet måste kämpa med vattentemperaturer. Med denna studie har vi avslöjat ett av de viktiga biokemiska sätten att celler gör det på", säger tidskriftsartikelns huvudförfattare Henry C. Holm, doktorand vid Massachusetts Institute of Technology (MIT)—WHOI Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering. "Dessa fynd om EPA möjliggjordes genom att använda en metod som ger oss en mycket komplett bild av gylcerolipiderna i varje prov. Vi såg att temperaturen var kopplad till mättnaden av cellmembran överallt där vi tittade i havet."
Lipider är en klass av biomolekyler som produceras och används av organismer från alla livets domäner för energilagring, membranstruktur och signalering. De utgör cirka 10–20 procent av planktonet i ythavet där lipidproduktionen och lagren är störst. Oceanografer har använt lipider som biomarkörer för kemiska och biologiska processer i årtionden, och det har gjorts robust forskning om deras biogeokemi. Först nyligen har dock kombinationen av högupplöst masspektrometri och nedströms analytiska verktyg möjliggjort omfattande oriktade bedömningar av havslipider på skalor som liknar undersökningar av andra molekyler som nukleinsyror och proteiner.
I den här nya undersökningen undersökte forskare en global masspektral datauppsättning av planktoniska lipidomer från 146 platser som samlats in under sju oceanografiska forskningskryssningar från 2013–2018. Forskarna noterar att även om planktonsamhällets lipidomer påverkas av många miljöfaktorer som näringstillgång, rapporterar tidningen om "förhållandet mellan lipider och utan tvekan den mest grundläggande kontrollen av deras sammansättning:temperatur."
Forskare undersökte mättnadstillståndet för de 10 huvudklasserna av lipider med glycerol (dvs glycerolipider) och fann att bland dessa klasser "var temperaturen mycket inflytelserik för att strukturera den relativa mängden av fettsyraarter." Dessutom fann forskare en tydlig övergång från lipidarter med mer omättade fettsyror vid kallare temperaturer till helt mättade arter vid de varmaste temperaturerna.
"Dessa trender är också uppenbara i alla andra glycerolipidklasser såväl som de totala aggregerade lipidomer av alla glycerolipidklasser," skriver tidningen. "Det är faktiskt slående att förhållandet mellan temperatur och omättnad framträder ur vår datauppsättning trots att den spänner över så olika och disparata planktonsamhällen, från de näringsfattiga subtropiska svängarna till den högproduktiva antarktiska kusthyllan."
Forskarna fann också att den procentuella mängden för eikosapentaensyra (EPA) arter visade ett starkt samband med temperatur. För att bestämma hur de övre och nedre gränserna för sammansättningen av EPA kan förändras under framtida uppvärmningsförhållanden, genererade forskare kartor med användning av havsytans temperaturförhållanden från slutet av århundradet för olika klimatscenarier. Under klimatscenariot SSP5-85, som tidningen noterar anses vara ett värsta scenario med fortsatt höga utsläpp av växthusgaser, ser vissa havsregioner – särskilt på högre breddgrader – en drastisk minskning med upp till -25 % av EPA i förhållande till belopp de har nu, enligt tidningen.
Van Mooy sa att forskningen "är ytterligare ett exempel på hur mänskliga aktiviteter stör haven på sätt som vi aldrig förväntat oss, och på osäkerheten om hur havet kommer att reagera på uppvärmningen." + Utforska vidare
