Förhållandet mellan kolisotoper i tre vanliga arter av tonfisk har förändrats avsevärt sedan 2000, tyder på att stora förändringar äger rum i växtplanktonpopulationer som utgör basen i havets näringsnät, en ny internationell studie finner.

"Förändringen vi observerade i tonfisk, som är nära toppen av det marina näringsnätet, reflekterar djupgående förändringar i fysiologi eller artsammansättning som inträffar på botten av näringsväven, sa Nicolas Cassar, professor i biogeokemi vid Duke Universitys Nicholas School of the Environment.

Specifikt, växtplanktonförändringarna återspeglar mer fossilt bränsles kolavskiljning av haven och möjlig skiktning av havslager, som drivs av uppvärmning.

Genom att analysera nästan 4, 500 prover av muskelvävnad från tre vanliga arter av tonfisk som fångas i Atlanten, Stilla havet och Indiska oceanen mellan 2000 och 2015, Cassar och hans kollegor upptäckte att fiskarnas kolstabila isotopsammansättningsvärden (förhållandet mellan kol 13 och kol 12, kallad delta C-13) minskade med mellan 0,08 % och 0,25 % under studieperioden.

För att genomföra sin studie, de analyserade kolstabila isotopförhållanden och kvävestabila isotopförhållanden i gulfenad, storögd och albacore tonfisk fångad i tropiska, subtropiska och tempererade vatten. Kolstabila isotopförhållanden används ofta för att spåra flödet av näringsämnen upp i marina näringsnät och identifiera en arts primära födokälla. Kväveisotoper kan användas för att bedöma förändringar i en arts plats i näringsväven.

Ungefär en fjärdedel av minskningen av delta C-13-värden kan tillskrivas den ökade tillgängligheten av kol som härrör från fossila bränslen i marina ekosystem, som har mer C-12, sa Cassar. Detta var en förändring som forskarna förväntade sig att se.

Vad som driver resten av nedgången är ännu inte klart, han sa, men en möjlighet är att det kan kopplas till ökad skiktning av havet.

Under de senaste 50 åren, haven har absorberat 90 % av värmen och 30 % av koldioxidutsläppen i samband med den globala uppvärmningen. Detta har främjat förhållanden där vattenmassor med olika densitet, temperaturer eller sälta kan skikta sig i lager under ytan istället för att blandas ihop, skapa barriärer som hindrar näringsämnen från att stiga upp från djupare vatten för att ge bränsle för växtplankton nära ytan.

Även om andra bidragande faktorer ännu inte kan uteslutas, analyser som genomfördes som en del av den nya studien stöder hypotesen att när näringsämnen blir mer begränsade vid ytan på grund av stratifiering, stor, delta C-13-rik växtplankton såsom kiselalger kan flankeras av mindre växtplanktonceller, som har en naturlig konkurrensfördel i magra tider.

De potentiella långsiktiga effekterna av dessa förändringar på den marina kolcykeln är ännu inte helt klarlagda, men omfattningen av minskningen som observerats i tonfiskdelta C-13-värden under så kort tid tyder på att "detta är en fråga som förtjänar noggrann granskning och ytterligare studier, " sa Cassar. "Eftersom tonfisk reser långa sträckor, de integrerar förändringar i näringsvävens struktur över mycket stora rumsliga skalor."

Han och hans kollegor publicerade sina referentgranskade resultat den 11 november i tidskriften Global förändringsbiologi .

"Att upptäcka biologiska förändringar i havet som orsakas av klimatförändringar är mycket utmanande, men denna studie ger ny vägledning genom att avslöja att förändringar i den biologiska komponenten i den marina kolcykeln kan spåras i vävnaderna hos marina topprovdjur, sa Cassar