Исследование, опубликованное в Научные достижения международной группы ученых дает убедительные доказательства того, что морской фитопланктон гораздо более устойчив к будущим изменениям климата, чем считалось ранее.

Объединив данные долгосрочной программы Hawai’i Ocean Time-series с новой симуляцией климатической модели, проведенной на одном из самых быстрых суперкомпьютеров в Южной Корее, ученые обнаружили, что механизм, известный как пластичность поглощения питательных веществ, позволяет морским водорослям адаптироваться и справляться с бедные питательными веществами условия океана, которые, как ожидается, возникнут в ближайшие десятилетия в ответ на глобальное потепление верхних слоев океана.

Фитопланктон — это крошечные водоросли (рис. 1), которые дрейфуют на поверхности океана и составляют основу морской пищевой сети. Во время фотосинтеза эти водоросли поглощают питательные вещества (например, фосфаты, нитраты), поглощают растворенный углекислый газ и выделяют кислород, который составляет около 50% кислорода, которым мы дышим. Поэтому знание того, как морские водоросли будут реагировать на глобальное потепление и связанное с ним сокращение питательных веществ в верхних слоях океанских вод, имеет решающее значение для понимания долгосрочной обитаемости нашей планеты.

Как годовой уровень производства фитопланктона изменится в мире в течение следующих 80 лет, остается весьма неясным. В последнем отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) указывается неопределенность от -20% до +20%, что подразумевает неопределенность в отношении того, будет ли фитопланктон увеличиваться или уменьшаться в будущем.

Глобальное потепление влияет на верхние слои океана больше, чем на более глубокие слои. Более теплая вода легче, и, следовательно, верхний слой океана в будущем станет более стратифицированным, что уменьшит смешивание питательных веществ из недр с освещенным солнцем слоем, где обитает фитопланктон. Более ранние исследования показали, что ожидаемое в будущем истощение питательных веществ у поверхности приведет к существенному сокращению производства фитопланктона в океане с широкомасштабными и потенциально катастрофическими последствиями как для морских экосистем, так и для климата.

Но согласно новому исследованию в Научные достижения , этого может и не случиться. Новый анализ данных о фитопланктоне верхних слоев океана в рамках программы Hawai’i Ocean Time-series показывает, что продуктивность может поддерживаться даже в условиях сильного истощения питательных веществ. «В таких условиях отдельные клетки фитопланктона могут замещать фосфор серой. На уровне сообщества можно увидеть дальнейшие сдвиги в сторону таксонов, которым требуется меньше фосфора», — говорит Дэвид Карл, соавтор исследования, профессор океанографии Гавайского университета и соучредитель Hawai’i Ocean Time. серия Учебная программа, иллюстрирующая концепцию пластичности фитопланктона. Дополнительные подтверждающие доказательства пластичности исходят из того факта, что в субтропических регионах, где концентрация питательных веществ в поверхностных водах низка, водоросли поглощают меньше фосфора на количество углерода, хранящегося в их клетках, по сравнению со средним глобальным показателем.

Чтобы изучить, как этот уникальный метаболический «взлом» повлияет на глобальную продуктивность океана в течение следующих нескольких десятилетий, команда провела серию симуляций климатической модели с моделью Community Earth System (версия 2, CESM2) на своем суперкомпьютере Aleph. Отключив пластичность фитопланктона в своей модели, авторы смогли качественно воспроизвести результаты предыдущей модели о снижении глобальной продуктивности примерно на 8%. Однако при включении параметра пластичности в их модели таким образом, чтобы охватить наблюдения вблизи Гавайев за последние 3 десятилетия, компьютерное моделирование показывает увеличение глобальной производительности до 5% до конца этого века. «Однако на региональном уровне эти будущие различия в производительности могут быть намного выше, достигая 200% в субтропических регионах», — говорит д-р Ын Ён Квон, первый автор исследования и научный сотрудник Центра физики климата IBS в Пусанском национальном университете. , Южная Корея. Благодаря этому дополнительному повышению производительности океан также может поглощать больше углекислого газа из атмосферы и в конечном итоге улавливать его под поверхностью океана.

Вдохновленные результатами компьютерного моделирования чувствительности, авторы затем рассмотрели 10 других климатических моделей, данные которых использовались в недавних 6 исследованиях.^й Отчет об оценке МГЭИК. Результаты подтвердили первоначальные выводы автора. «Модели без пластичности, как правило, прогнозируют общее снижение первичного производства на 21 год.^ул. века, в то время как те, которые учитывают способность фитопланктона адаптироваться к условиям с низким содержанием питательных веществ, показывают в среднем рост глобальной продуктивности», — говорит доктор М. Г. Шриуш, соавтор исследования и научный сотрудник Центра физики климата IBS.

«Несмотря на то, что наше исследование демонстрирует важность биологической буферизации экологических изменений глобального масштаба, это не означает, что фитопланктон невосприимчив к изменению климата, вызванному деятельностью человека. Например, усиление закисления океана снизит скорость кальцификации некоторых видов фитопланктона, что может привести к крупномасштабным изменениям в экосистемах». предупреждает доктор Юн Ён Квон. Эти факторы недостаточно изучены и пока не представлены в климатических моделях.

«Модели системы Земли будущего должны использовать улучшенные основанные на наблюдениях представления о том, как фитопланктон реагирует на многочисленные факторы стресса, включая потепление и закисление океана. Это необходимо для прогнозирования будущего морской жизни на нашей планете», — говорит профессор Аксель Тиммерманн, соавтор этого исследования и директор Центра физики климата IBS.