Kväve är viktigt för marint liv och cykler genom hela havet i ett välbalanserat system. Levande organismer - särskilt marina växter som kallas växtplankton - kräver kväve i processer som fotosyntes. I tur och ordning, växtplanktontillväxt tar upp koldioxid från atmosfären och hjälper till att reglera det globala klimatet.

Enligt ny forskning av Thomas Weber, en biträdande professor i jord- och miljövetenskap vid University of Rochester, små mikromiljöer i djuphavet kan innehålla viktiga ledtrådar till den globala cirkulationen av kväve i havsvatten.

I ett papper publicerat i Naturgeovetenskap , Weber och hans medförfattare Daniele Bianchi, en biträdande professor i atmosfäriska och oceaniska vetenskaper vid UCLA, visar att små mikrober som tar bort kväve ur vattnet finns i dessa mikromiljöer och är mer utbredda än man tidigare trott. Med hjälp av denna data, de utvecklade en datormodell som förändrar vårt sätt att tänka om den marina kvävecykeln.

"Den tidigare förståelsen av kvävecykeln var att kväve förlorades från havet bara i tre regioner där syre är knappt. Om vi ​​ville förutse hur kvävecykeln skulle reagera på klimatförändringar, allt vi behövde göra var att förutsäga hur dessa tre låga syreområden skulle expandera eller dra ihop sig, "Weber säger." Vår studie förändrar den bilden genom att visa att kväveförlust faktiskt sker i mycket större regioner, och vi måste tänka på hur havet som helhet förändras. "

De flesta marina organismer "andas, "eller andas, använder syre. När syre inte finns i havsvatten, mikrober andas istället med andra föreningar som nitrat, en form av kväve. "Detta har nettoeffekten av att avlägsna kvävet från havet, "Säger Weber.

Forskare trodde tidigare att anaeroba mikrober - små mikroorganismer och bakterier som inte behöver syre för att andas - bara hittades i havets fickor med exceptionellt låga syrenivåer; särskilt, tre regioner som kallas "döda zoner".

Weber och Bianchi har utvecklat en datormodell som tar hänsyn till nya genetiska data som samlats in från havsmikrober. Data indikerar att anaeroba mikrober inte bara finns i områden med ooxygenerat vatten, men på något sätt trivs i områden i havet där det finns syre. Kväve, därför, kan gå vilse över stora delar av havet, inte bara i områden där syre är knappt.

"En av de största revolutionerna inom oceanografi under de senaste åren har varit den genomiska revolutionen, "Weber säger." Oceanografer har kunnat mäta alla gener som finns i havsvatten. "En av deras upptäckter var att generna som tillåter anaerob andning inte bara finns i de tre regionerna; generna har funnits mycket mer utbredda i hela hav.

När det finns syre, det ska inte finnas organismer som andas anaerobt, Säger Weber. "De bör konkurreras med saker som använder syre, för det är ett mycket effektivare sätt att andas ut. "

Hur då, överlever dessa anaeroba organismer i områden där syre finns?

Weber och Bianchi fann att små "mikromiljöer" utarmade av syre existerar över hela djupet i organiskt rika "marina snö"-partiklar av organiskt material, såsom döda planktonceller och zooplanktons avföring, fast tillsammans. Mikrober får energi genom att äta det organiska materialet och använda syre för att andas. Om andningen är tillräckligt intensiv inuti partiklarna, allt syre kan ta slut och mikroberna kommer att byta till andning med hjälp av föreningar förutom syre.

"Vi föreslår att anaeroba mikrober kan trivas i stora delar av det syresatta havet, inom sjunkande organisk 'marinsnö, '"Säger Bianchi." Detta förändrar hur vi tänker på kvävecykeln och, mer allmänt, anaerob metabolism i havet, och föreslår att båda kan reagera på klimatförändringar på sätt som utmanar vår nuvarande förståelse. "

Den globala uppvärmningen gör att havstemperaturen stiger, resulterar i en ökad förlust av syre, som sedan kan påverka kvävebudgeten över hela världen. När människor stör en del av systemet, det kan ha oväntade effekter. Men datormodeller kan hjälpa till att bättre förutsäga dessa konsekvenser.

"Havsuppvärmning sker på grund av mänskliga koldioxidutsläpp, som värmer jorden som helhet, "Säger Weber." Indirekt, detta förändrar syre- och kvävehalten i havet. Så småningom påverkas den marina växtplanktontillväxten och deras förmåga att ta upp koldioxid, som sedan livnär sig på klimatförändringarna. Vårt nya arbete och andra modelleringsinsatser kommer att hjälpa oss att bättre planera för dessa konsekvenser. "