När världen värms upp, genomgripande förändringar i marina näringsämnen verkar vara en förväntad konsekvens av ökade havstemperaturer. Dock, verkligheten är mer komplicerad. Ny forskning tyder på att processer under havsytan kan styra vad som händer ovanför.

Plankton är några av de mest talrika och viktigaste organismerna i havet. Balansen av kemiska element inuti dem varierar och är avgörande för att forma många marina processer, inklusive näringsväven och den globala kolcykeln. Temperatur har traditionellt ansetts styra förhållandet mellan dessa element. Dock, en ny studie tyder på att denna balans till stor del är beroende av aktiviteten i havet under ytan, från djup på över 300 fot. Arbetet, ledd av forskare vid Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, publicerades nyligen i Kommunikation Jord och miljö .

Teamet tittade på prover från åtta platser i haven runt om i världen. De fann att förhållandet mellan kväve och fosfor som introduceras från havet under ytan styr balansen av dessa näringsämnen i de marina mikroorganismerna som utgör grunden för havets hälsa. Denna upptäckt kan göra det möjligt för forskare att mer exakt utforska komplexa havsprocesser.

"Det här är första gången som vi har tittat över ett brett spektrum av havsregioner och direkt mätt balansen av näringsämnen i havets mikroorganismer, vilket är riktigt spännande, sa Mike Lomas, huvudförfattare på tidningen. "Nu kan vi tillämpa mer realistiska parametrar baserade på vad som faktiskt driver marin dynamik på datormodellerna som används för att förutse förändringar i havet"

I årtionden, forskare har använt ett fast förhållande för att uppskatta kolbalansen, kväve, och fosfor i marina miljöer. Forskare och grupper som International Panel on Climate Change använder detta förhållande i datorsimuleringar för att göra förutsägelser om planetens framtid.

Dock, det representerar inte nödvändigtvis den stora mångfalden av kemiska balanser i havet eller den betydande roll som organismer spelar i cirkulerande näringsämnen.

"Problemet är att de fasta förhållandena är säkra uppskattningar som faktiskt inte representerar hur biologi fungerar, " sa Lomas. "Mer realistiskt, men riskabelt och komplicerat, metoder används ännu inte i stor utsträckning."

För att utveckla en mer exakt förståelse av dessa förhållanden, Lomas mätte dem direkt i växtplankton - några av de mest kritiska marina organismerna i världen. Elementen i dessa organismers celler speglar de tillgängliga näringsämnena i deras livsmiljö och belyser den biologiska mångfaldens roll i hur näringsämnena kretsar.

Det är inte första gången växtplankton har undersökts för att förstå näringshalterna i havet, men det är det mest avancerade och heltäckande. Teamet undersökte växtplankton runt om i världen för att skapa en ögonblicksbild av tre viktiga näringsämnen över breda miljöförhållanden. Traditionellt, Forskare har använt fysiska filter för att sortera ut plankton från havsvatten innan de undersökt dem. Dock, detta tillvägagångssätt kan också fånga bakterier och små partiklar, leder till fel.

Denna studie använde en teknik som kallas flödescytometri, som gör det möjligt för forskare att undersöka och sortera hundratals till tusentals celler per sekund. Detta gjorde det möjligt för forskarna att isolera och undersöka endast de celler de var intresserade av. Det gav dem inte bara en mer exakt förståelse av de olika förhållandena mellan grundämnen i havet, men också vilka processer som styr dem.

Teamet fann att i motsats till den vanligaste hypotesen, förhållandet mellan kol, kväve och fosfor i celler var i första hand beroende av förhållandet mellan kväve och fosfor som tillfördes från havet under ytan till det solbelysta vattnet där växtplankton är aktivt. Detta gällde på alla platser, oavsett typ av växtplankton eller deras miljöförhållanden.

Lomas hoppas att denna förbättrade förståelse av näringsämnen kan användas för att bättre få en bild av hur haven kommer att reagera på klimatförändringarna.

"Vi kan inte undersöka näringsämnena i varje enskild cell i varje hav, men vi måste vara säkra på att alla styrande faktorer ingår i datormodeller, ", sa Lomas. "När vi blandar dessa resultat med andra avancerade discipliner, vi kommer verkligen att förbättra vår förståelse av havets dynamik och förmåga att förutsäga framtida förhållanden."