Växtplankton är grunden för allt liv på planeten. Att förstå hur dessa fotosyntetiska organismer reagerar på sin havsmiljö är viktigt för att förstå resten av näringsväven.

Trots det inkluderar datormodeller av den globala havsbiogeokemin vanligtvis inte ljuscykeln dag/natt (diel), även om den cykeln är avgörande för fotosyntesen hos havets primära producenter.

För första gången har forskare från Ecosystems Center vid Marine Biological Laboratory (MBL) införlivat dielets cykel i en global havsmodell för att undersöka dess effekter på växtplankton. Deras studie, publicerad i Global Ecology and Biogeography , är den första som undersöker hur dag/natt-cykeln påverkar biogeografin och mångfalden hos dessa primärproducenter.

Modellen erbjöd naturligt ljus och mörker cykler över det globala havet till 15 simulerade växtplanktontyper. Den jämfördes sedan med en kontrollsimulering med samma planktonmodell, men belyst med ljus i genomsnitt över 24-timmarsperioder. Målet var att se hur delljuscykler påverkade växtplanktonproduktiviteten och förändrade näringsämneskoncentrationsdynamiken.

Det simulerade växtplanktonet var alla olika cellstorlekar och separerade i två olika grupper med två breda ekologiska strategier. "Gleaners" simulerade mindre celler med hög näringsaffinitet (vilket innebär att de kunde fånga upp näringsämnen ur vattenpelaren även om dessa näringsämnen var i låga mängder) men långsam tillväxt, och "opportunister" simulerade större celler med högre maximal tillväxthastighet men låg näringsaffinitet (vilket betyder att de klarade sig bättre i näringsrikt vatten). Dessa var representationer av verkligt växtplankton baserat på parametrar från labbkulturer.

Forskarna fann att dielcykeln verkligen hade betydelse för det simulerade växtplanktonet.

"Vi vet att många egenskaper hos olika växtplankton är baserade på dag/natt-cykeln. Vissa dinoflagelleter går djupare [i vattenpelaren] för att få mer näringsämnen och går sedan upp för att fotosyntetisera. Vissa lagrar kol under dagen, så de kan använda det på natten", säger Ioannis Tsakalakis, MBL-postdoktor och första författare på tidningen.

Modellen visade att dielcykler är förknippade med högre koncentrationer av begränsade näringsämnen, vilket innebar att på lägre breddgrader (−40° till 40°) var de simulerade opportunisterna mer rikligt förekommande än plockarna jämfört med kontrollsimuleringen. Detta inkluderar växtplanktonliknande kiselalger. Denna mekanism blev mindre viktig på högre breddgrader, där effekterna av den säsongsbetonade ljuscykeln var starkare än dag/natt-cyklerna.

Om forskare inte förstår hur växtplankton får sin energi som primärproducenter vid basen av näringsväven, är det svårt att dra slutsatser om samspelet mellan resten av det globala havets näringsnät – ända upp till människor.

Så varför har ingen inkluderat dielcykeln tidigare?

Det globala havet är enormt, och det är också modellerna som representerar det. För att brottas med komplexiteten i vad som händer i havet förenklar modellbyggare ofta vissa processer. Typiska modeller inkluderar endast säsongsbetonade ljusskiftningar snarare än att lägga till de mer finkorniga detaljerna i dag/natt-cykeln. Det här är mest ett beräkningsbeslut, säger MBL Senior Scientist Joe Vallino, senior författare på tidningen. "Om du inte löser fina tidsdetaljer, i allmänhet går [modellerna] snabbare."

"Du pressar mot hårdvarubegränsningarna", säger Vallino. "Du vill inte att en 10-årssimulering ska ta 10 år att simulera."

Men i takt med att klimatförändringarna går framåt är förståelsen av hur havet fungerar avgörande för att förstå hur den globala uppvärmningen och förhöjd koldioxid påverkar det.

"Den här modellen bidrar till att främja vår grundläggande förståelse av hur havet fungerar", säger Vallino och tillägger att allt eftersom forskarna gör bättre havsmodeller kan de så småningom använda dem för att undersöka möjliga lösningar på klimatförändringar samtidigt som de minimerar oavsiktliga konsekvenser.

"Att kunna förutsäga hur fördelningen av växtplankton kommer att förändras kommer att få återverkningar högre upp i näringsväven", säger Vallino. "Om du inte kan få det där basbytet rätt, kan du inte få något som är kopplat till det ovanför." + Utforska vidare

Absorberar haven mer CO2 än förväntat?