5 Minute
Echilibrul oxigenului pe Pământ și mare parte din rețeaua trofică oceanică depind de organisme fotosintetice microscopice. Dintre acestea, Prochlorococcus — o mică cianobacterie marină — este unul dintre cei mai abundenți fotosintetizatori ai planetei, responsabil pentru aproape o treime din producția globală de oxigen marin și constituind o sursă de bază de hrană în apele superficiale luminate de soare.
Un nou studiu oceanic pe mai mulți ani indică faptul că temperaturile în creștere la suprafața mării ar putea reduce productivitatea Prochlorococcus mai mult decât au sugerat studiile din laborator, cu implicații în lanț pentru ecosistemele marine și ciclurile biogeochimice globale.
Context științific și metode de teren
Prochlorococcus ocupă peste 75% din suprafețele oceanice luminate de soare ale lumii, în special în apele tropicale și subtropicale adaptate la condiții calde și sărace în nutrienți. Deoarece aceste mări sunt calde, ele limitează amestecul vertical al nutrienților; Prochlorococcus a evoluat un genom simplificat, minimalist și o dimensiune celulară foarte mică pentru a prospera în astfel de condiții. Totuși, simplificarea genomului poate fi eliminat unele gene ancestrale de răspuns la stres, ceea ce ar putea limita reziliența termică.
Pentru a evalua populațiile sălbatice in situ, cercetătorii au analizat aproximativ 800 de miliarde de celule de dimensiunea Prochlorococcus colectate în timpul a 90 de curse de cercetare pe o perioadă de 13 ani. Echipa a folosit un citometru de flux de pe navă, co-dezvoltat pentru detectarea fitoplanctonului foarte mic. Un sistem de măsurare bazat pe laser a numărat și caracterizat celulele cu perturbare minimă; cercetătorii au aplicat apoi modele statistice de creștere derivate din metode consacrate pentru a estima ratele de diviziune celulară de-a lungul latitudinilor și regimurilor de temperatură.
Descoperiri cheie și sensibilitatea la temperatură
Datele de teren arată că Prochlorococcus are cele mai bune performanțe între aproximativ 19 și 28 °C (66–82 °F). Contrar așteptărilor că microbii adaptați la căldură ar beneficia de încălzire, studiul a constatat că ratele de diviziune celulară scad brusc peste acest interval. La temperaturi peste ~30 °C, diviziunea a încetinit la aproximativ o treime din ratele observate aproape de capătul inferior al intervalului lor de toleranță. Autorul principal François Ribalet de la Universitatea din Washington a rezumat aceasta ca o 'temperatură de epuizare' mai scăzută decât se așteptase pentru Prochlorococcus.
Deoarece multe ape de suprafață tropicale și subtropicale se preconizează că vor depăși optimul superior în decenii în scenarii de schimbare climatică, autorii estimează pierderi substanțiale de productivitate: până la sfârșitul secolului, productivitatea tropicală a Prochlorococcus ar putea scădea cu ~17% într-un scenariu de încălzire moderată și cu ~51% într-un scenariu de încălzire ridicată. La nivel global, scăderile sunt proiectate la aproximativ 10% (moderat) până la 37% (sever).
Implicații ecologice și competitori
O reducere a productivității Prochlorococcus ar putea însemna mai puțină producție primară și mai puțin carbon disponibil pentru nivelurile trofice superioare în oceanele tropicale. Un posibil răspuns ecologic este înlocuirea nișei de către Synechococcus, un alt grup de cianobacterii care tolerează temperaturi mai ridicate, dar care necesită mai mulți nutrienți. Dacă Synechococcus se extinde în zonele unde Prochlorococcus scade, consecințele funcționale pentru prădători, ciclul nutrienților și structura rețelei trofice sunt incerte: interacțiunile dintre specii modelate de milioane de ani cu Prochlorococcus s-ar putea să nu se transfere direct la Synechococcus.
Studiul proiectează, de asemenea, o deplasare spre poli a ariei geografice a Prochlorococcus, mai degrabă decât o dispariție totală; pe măsură ce habitatul tropical se încălzește, condițiile potrivite sunt prognozate a se deplasa spre latitudini mai înalte.
Limitări și cercetări viitoare
Aceștia menționează limite metodologice: prelevarea de probe de pe navă și modelele statistice pot rata tulpini rare tolerante la căldură, iar unele regiuni tropicale au fost sub-eșantionate. Dacă există ecotipuri termotolerante nedocumentate anterior, acestea ar putea modera scăderile proiectate. Necesare vor fi probe continue țintite, sondaje genomice și monitorizare pe termen lung pentru a rafina proiecțiile și a detecta răspunsuri adaptative.
Perspective de la experți
Dr. Maya Ortega, ecolog marin microbian: 'Acest studiu subliniază valoarea măsurării microbilor în mediul lor natural. Tulpinile din laborator oferă informații controlate, dar oceanul amestecă fizica, chimia și biologia în moduri care dezvăluie vulnerabilități nu întotdeauna vizibile în cultură. Dacă Prochlorococcus va scădea conform proiecțiilor, efectele se vor transmite prin rețelele trofice și vor influența ciclul carbonului la scară regională.'
Concluzie
Observațiile de teren arată că Prochlorococcus are o zonă de confort termic mai îngustă decât se credea anterior, cu productivitatea care scade brusc peste ~30 °C. Încălzirea oceanelor proiectată ar putea reduce semnificativ productivitatea tropicală și globală a Prochlorococcus până în 2100 în scenarii cu emisii ridicate, determinând deplasări ale ariei și o posibilă rearanjare ecologică cu alte cianobacterii, cum ar fi Synechococcus. Deși organismele sunt puțin probabil să dispară, schimbările în abundența și distribuția lor ridică întrebări importante pentru ecosisteme marine, producția de oxigen și ciclul carbonului, care necesită monitorizare și cercetare continuă.
Sursa: sciencealert
Comentarii