När haven värms upp på grund av klimatförändringar, forskare försöker förutsäga hur marina djur - från fisk med ryggrad till ryggradslösa maneter - kommer att reagera. Laboratorieexperiment indikerar att många teoretiskt skulle kunna tolerera temperaturer som är mycket högre än vad de möter idag. Men dessa studier betyder inte att marina djur kan behålla sina nuvarande räckvidder i varmare hav, enligt Curtis Deutsch, en docent i oceanografi vid University of Washington.

"Temperaturen ensam förklarar inte var i havet ett djur kan leva, " sa Deutsch. "Du måste tänka på syre:hur mycket finns i vattnet, hur väl en organism kan ta upp och använda den, och hur temperaturen påverkar dessa processer."

Artspecifika egenskaper, övergripande syrenivåer och vattentemperatur kombineras för att bestämma vilka delar av havet som är "andningsbara" för olika havslevande varelser. Ny forskning ledd av Deutsch visar att ett brett utbud av marina djur - från ryggradsdjur till kräftdjur till blötdjur - redan lever i det maximala utbud av andningsbara hav som deras fysiologi tillåter.

Resultaten, publicerad 16 september in Natur , ger också en varning om klimatförändringar:Eftersom varmare vatten kommer att hysa mindre syre, vissa havssträckor som idag andas för en viss art kanske inte kommer att finnas i framtiden.

"Organismer idag lever i princip ända upp till de varmaste möjliga temperaturerna som kommer att förse dem med tillräckligt med syre för deras aktivitetsnivå - så högre temperaturer kommer omedelbart att påverka deras förmåga att få tillräckligt med syre, ", sa Deutsch. "Som svar på uppvärmningen, deras aktivitetsnivå kommer att begränsas eller deras livsmiljö kommer att börja krympa. Det är inte som att de kommer att må bra och bara fortsätta."

Syrenivåer och temperaturer varierar i havsvatten. Rent generellt, vattnet nära ekvatorn är varmare och innehåller mindre syre än det kallare vattnet nära polerna. Men att flytta från havet till djupare vatten, både syre och temperatur minskar tillsammans. Dessa principer skapar komplexa 3D-mönster av syre- och temperaturnivåer över djup och breddgrader. En organisms anatomi, fysiologi och aktivitetsnivå avgör dess syrebehov, hur effektivt den tar upp och använder tillgängligt syre i sin miljö, och hur temperaturen påverkar dess syrebehov.

Deutsch och hans medförfattare – Justin Penn, en UW doktorand i oceanografi, och Brad Seibel, en professor vid University of South Florida – ville förstå om andningsförmåga var en begränsande faktor för att bestämma räckvidden för marina djur idag. De kombinerade data om temperatur och syrehalt över haven med publicerade studier av fysiologin, syrebehov och metabolism av 72 arter från fem olika grupper av marina djur:kallblodiga ryggradsdjur, som fisk, och deras släktingar; kräftdjur; blötdjur; segmenterade maskar; och maneter och deras släktingar.

Teamet modellerade vilka delar av havet som är och inte är beboeliga för varje art. Forskare visar att en arts nuvarande utbredningsområde generellt sett överlappade de delar av haven som förutspås vara beboeliga för den. Deras modell förutspår att den nordliga räkan, ett kräftdjur, bör kunna få tillräckligt med syre i svala vatten norr om cirka 50 grader nordlig latitud – och det är i allmänhet räkornas utbredningsområde idag. Den småfläckiga katthajen kan bo i tempererade och svala vatten på olika djup, men nära tropikerna är det bara vatten nära ytan – över cirka 300 fot – som andas, vilket också återspeglas i dess nuvarande sortiment.

I många fall, artområdena är ända upp till kanten av andningsförmåga, vilket indikerar att för marina djur kan förmågan att få tillräckligt med syre vara en stor begränsande faktor för att avgöra var de kan leva, Deutsch tillade. Utanför det intervallet, organismer löper risk för hypoxi, eller inte får tillräckligt med syre.

Temperaturen påverkar både hur mycket syre havsvattnet kan hålla, och hur mycket syre ett djur behöver för att upprätthålla samma aktivitetsnivå. Den redan snäva överlappningen som forskarna såg mellan andningsförmåga och strömintervall tyder på att långvariga temperaturhöjningar, som förväntat under klimatförändringarna, kommer sannolikt att begränsa räckvidden för många marina djur.

Denna nya studie följer en studie från 2015 av fyra arter från Atlanten av Deutschs team, och bygger på sina rön genom att visa att olika arter i alla havsområdena i allmänhet lever i den maximala räckvidd de för närvarande kan.

I framtiden, Deutsch vill inkludera ytterligare arter, och ytterligare utforska sambanden mellan temperatur, syre och fysiologi.

Forskarna skulle också vilja hitta historiska exempel på marina arter som ändrar sitt utbredningsområde som svar på vattenandningsförmåga, som laget visade tidigare i år med den norra ansjovisen.

"Vad vi verkligen vill hitta är fler observationer av marina arter som rör sig i enlighet med vad vi kan förvänta oss med temperaturförhållanden och syretillgång, ", sa Deutsch. "Det kommer att ge oss konkreta exempel på vad vi kan förvänta oss när temperatur- och syreförhållandena fluktuerar, och skifta permanent med klimatförändringarna."