Växtplankton, encelliga fotosyntetiska mikrober, spela en grundläggande roll i den globala koldioxidcykeln och bränna marina livsmedelsbanor. Globalt, Produktiviteten för växtplankton regleras av tillgången på viktiga näringsämnen som kväve och järn. Forskare vid GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research, Kiel, har nu kunnat visa att tillväxten av växtplankton över stora delar av havet inte begränsas av ett enda näringsämne, men av flera näringsämnen samtidigt. Studien har idag publicerats i den främsta vetenskapliga tidskriften Natur .

Flöden av näringsämnen till ytan förändras. Sådana förändringar kommer nästan säkert att påverka växtplanktonproduktiviteten och påverka marina näringsnät och kolets kretslopp. Men hur, exakt, kommer växtplanktonproduktiviteten att påverkas? För att svara på denna fråga, det är viktigt att veta vilka näringsämnen som begränsar växtplanktontillväxten i havet. Mätningar av näringsämneskoncentrationer i havet har visat utbredd utarmning av flera grundämnen samtidigt. Dock, hittills, inga experimentella studier har övertygande visat så kallad sambegränsning av tillväxt med mer än ett näringsämne över stora delar av havet.

En internationell forskargrupp ledd av den marina biogeokemisten Dr Thomas Browning från GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research, Kiel, har nu visat att över stora delar av Sydatlanten, en kombination av två näringsämnen behövdes för att stimulera eventuell tillväxt av växtplankton, medan i vissa fall, tre separata näringsämnen krävdes för att maximera tillväxten. Teamet har publicerat sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Natur . "Näringssambegränsning har föreslagits många gånger tidigare. Men, vi kunde bevisa det experimentellt över stora oceanografiska utbredningar för första gången, " säger Dr Browning.

Studien baseras på resultat från en expedition som genomfördes som en del av det internationella GEOTRACES-programmet på det tyska forskningsfartyget METEOR utanför sydvästra Afrika i november-december 2015. På många platser längs 1000-tals kilometer långa kryssningsspår, Dr Browning tog vattenprover för experiment där kväve, järn, och kobolt tillsattes i alla möjliga kombinationer och inkuberades i en miljö som simulerade havet.

"Experimentupplägget låter ganska enkelt. Men, den tekniska implementeringen av dessa typer av experiment är faktiskt komplex eftersom vi måste säkerställa absolut ingen kontaminering av experimentkamrarna med spårämnen. Detta är en utmaning eftersom dessa element finns nästan överallt på fartyg – även på nya plastytor, " förklarar Dr. Browning. "Fytoplankton är också mycket känsligt för ljus och temperatur så särskild försiktighet måste iakttas när man samlar in och bevarar dessa prover".

Rumsliga mönster i näringsämnen som begränsar växtplanktontillväxt hittades också. Medan ett enda näringsämne i vissa prover närmare kusten avsevärt ökade planktontillväxten, minst två näringsämnen behövdes för att stimulera tillväxten i prover tagna från det öppna havet. "En annan viktig upptäckt var att vi fann att dessa begränsningsregimer kunde förenas med de uppmätta näringsämneskoncentrationerna i det omgivande havsvattnet, " säger Dr Browning.

Detta senare resultat är betydelsefullt eftersom det antyder potentialen för att göra större förutsägelser om näringsbegränsningar med hjälp av nya data från program som GEOTRACES - en stor internationell ansträngning för att kartlägga näringsämneskoncentrationer i havet. Resultaten har också konsekvenser för globala havsmodeller. "Många biogeokemiska modeller tar ännu inte tillräckligt upp vikten av näringsbegränsning. Vår studie kan bidra till att förbättra representationen av detta, säger Dr Browning. Han tillägger, "Självklart, detta är bara det första steget. Liknande experiment bör göras i andra regioner för att bedöma hur utbrett fenomenet är. I sista hand, Att kombinera sådan information med världsomspännande mätningar av näringsämnen och förbättringar av biogeokemiska modeller i havet kommer att göra det möjligt för oss att göra robusta förutsägelser om näringsbegränsningar och dess reaktion på förändringar i global skala. "