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未来浮游植物的转机 | 海洋藻类对21世纪气候变化富有弹性
2023/1/5 14:02:00 本站中国绿发会

浮游植物也是地球上固碳固氮的重要生物。浮游植物尽管微小,但海洋扩大了它们的作用。在大部分研究预测未来全球变暖对浮游植物造成负面影响的情况下,韩国浦项基础科学研究所(IBS)发现海洋藻类对气候变化的反应富有弹性。中国生物多样性保护与绿色发展基金会(简称中国绿发会、绿会)海洋工作组长期关注海洋环境及其治理,现将该研究成果分享如下,供国内海洋生态学界人士参考。本文仅代表作者所在的研究团队的观点,不代表“海洋与湿地”(OceanWetlands)平台观点。


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图源:韩国浦项基础科学研究所(IBS)

最近,一项发表于《科学-进展》(Science Advances)研究提供了明确的证据,表明海洋浮游植物对未来气候变化的适应能力比以前认为的要强得多。

将长期夏威夷海洋时间序列项目(long-term Hawai’I Ocean Time-series program)的数据与在韩国最快的超级计算机之一上进行的新气候模型模拟相结合,科学家们揭示了一种称为养分吸收可塑性的机制,使海藻能够适应和应对预计在未来几十年内发生的营养贫乏的海洋条件,以应对上层海洋的全球变暖。

浮游植物是微小的藻类,它们在海洋表面漂流,形成海洋食物网的基础。在光合作用时,这些藻类吸收营养物质(例如磷酸盐、硝酸盐),吸收溶解的二氧化碳并释放氧气,这些氧气约占我们呼吸氧气的 50%。因此,了解海洋藻类将如何应对全球变暖和上层海水中营养物质的相关减少对于了解地球的长期宜居性至关重要。

未来80年,全球浮游植物年产量将如何变化仍然存在高度不确定性。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的最新报告指出,浮游植物的不确定性为-20%至+20%,这意味着浮游植物在未来不确定是否会增加或减少。

全球变暖对海洋上层的影响大于深层。温暖的海水更轻,因此未来上层海洋将变得更加分层,这减少了从地下到浮游植物居住的阳光照射层的营养物质的混合。早先的研究表明,预计未来地表附近营养物质的枯竭将导致海洋浮游植物产量大幅减少,对海洋生态系统和气候产生广泛和潜在的灾难性影响。

但根据Science Advances上的一项新研究,这可能不会发生。对夏威夷海洋时间序列项目的上层海洋浮游植物数据的新分析表明,即使在营养物质非常枯竭的条件下,生产力也可以维持。“在这种情况下,个体浮游植物细胞可以用硫代替磷。在社区层面上,人们可能会看到进一步转向需要较少磷的分类群,说明浮游植物可塑性的概念。“该研究的合著者,夏威夷大学海洋学教授,夏威夷海洋时间序列项目的联合创始人David Karl说。进一步支持可塑性的证据来自于这样一个事实: 与全球平均水平相比,在亚热带地区地表水的营养浓度较低,藻类细胞中每储存一定量的碳所吸收的磷更少。。

为了研究这种独特的代谢“黑客”将如何影响未来几十年的全球海洋生产力,该团队在其超级计算机Aleph上使用通用地球模拟模式进行了一系列气候模型模拟。通过关闭模型中的浮游植物可塑性,作者能够定性地重现先前模型的结果,即全球生产力下降约8%。然而,当打开模型中的塑性参数时,以捕捉过去30年在夏威夷附近的观测结果的方式,计算机模拟显示,到本世纪末,全球生产率提高了5%。“然而,从地区来看,这些未来的生产力差异可能要高得多,在亚热带地区达到200%,”该研究的第一作者,韩国釜山国立大学韩国浦项基础科学研究所的研究员Eun Young Kwon博士说。随着这种额外的生产力提升,海洋还可以从大气中吸收更多的二氧化碳,并最终将其封存到海洋表面以下。

受到其敏感性计算机模型模拟结果的启发,作者随后查看了其他10个气候模型,其数据在最近的IPCC第六次评估报告中。结果证实了作者的初步结论。“没有可塑性的模型倾向于预测21世纪初级生产力的总体下降,而那些考虑浮游植物适应低营养条件的能力的模型显示全球生产力平均在增加。”该研究的共同通讯作者,IBS气候物理中心的博士后研究员M.G. Sreeush博士说。

“尽管我们的研究表明了生物缓冲全球规模生态变化的重要性,但这并不意味着浮游植物不受人类引起的气候变化的影响。例如,海洋酸化恶化将降低某些类型的浮游植物的钙化率,这可能导致生态系统的大规模变化。”Eun Young Kwon博士警告说。这些因素在气候模型中既没有得到很好的理解,也没有得到很好的体现。

“未来的地球系统模型需要使用改进的基于观测的表示浮游植物如何应对多种压力源,包括变暖和海洋酸化。这对于预测我们星球上海洋生物的未来是必要的。”这项研究的合著者,IBS气候物理中心主任Axel Timmermann教授说。

参考文献:

Kwon, E.Y., Sreeush, M.G., Timmermann, A., Karl, D.M., Church, M.J., Lee, S.S. and Yamaguchi, R., 2022. Nutrient uptake plasticity in phytoplankton sustains future ocean net primary production. Science Advances8(51), p.eadd2475.



编译 | 开心
审阅 | Sara