气候变化可能会突然影响全球海洋中的藻类

科学家们采集了聚集在一起的浮游植物的褐色样本

科学家们对聚集在一起的棕色浮游植物进行取样。信贷:凯特琳施密特

根据东安格利亚大学和厄勒姆研究所的研究,全球变暖很可能会导致重要藻类群落的突然变化,因为海洋中生物多样性的断裂点会发生变化。

今天发表在《华尔街日报》上的一项新研究自然通讯他发现,随着气候变化扩大温暖的半球,这些边界预计将在未来100年向极地转移。

研究人员认为,气候变暖不会导致微生物多样性的逐渐变化,而是会在他们所谓的“断点”上更突然地发生。所谓“断点”,是指海洋上层平均温度在每年15度左右的地方,将冷水和温水分开。

英国是最有可能受到严重影响的地区之一,而且比之前想象的更突然。但该团队表示,如果我们迅速采取行动阻止气候变化,这些变化是可以停止的。

欧洲鲈鱼

随着气候变化导致海平面平均温度升高,托马斯·莫克(Thomas Mock)看到了英格兰东南海岸附近水生生物的变化——例如,这种欧洲鲈鱼。欧洲鲈鱼的最佳温度范围约为50至77华氏度,而因其在英国鱼和薯条商店中广受欢迎而具有标志性的鳕鱼则更喜欢这种温度生活在华氏34度到59度之间

UEA环境科学学院的托马斯·莫克教授说:“藻类对于维持健康的生态系统以平衡海洋生物至关重要。通过吸收阳光、二氧化碳和水的能量,它们产生有机化合物,使海洋生物得以生存。

“这些生物支撑着地球上一些最大的食物网,推动着全球生物地球化学循环。

“全球每年至少20%的碳固定,温度变化可能对我们的海洋系统、渔业和海洋生物多样性所依赖的藻类产生重大影响。

“我们想更好地了解气候危机如何影响从北极到南极的全球藻类。”

藻棕囊藻水华

在北大西洋的温带地区,在取样容器Polarstern的一侧,藻类棕囊藻在水上着色。来源:Katrin Schmidt

这项研究由东安格利亚大学的科学家领导,他们与美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI, USA)和厄尔勒姆研究所(Earlham Institute, UK)合作。

这项主要研究由32个研究人员组成的国际团队进行了10多年,来自英国埃克塞特大学和德国艾尔弗雷德极地和海洋研究所等机构。

它包括第一次对藻类(真核浮游植物)及其表达基因在海洋中的地理分布进行极对极分析。因此,研究小组研究了它们的基因活动是如何随着极地海洋上层环境条件的变化而变化的。

由于二氧化碳水平上升,上层海洋已经经历了显著的变暖,研究人员根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)5的模型估计了这些藻类群落的分布可能会发生怎样的变化th评估报告。

科学家们在冰下浮游植物群落取样

科学家们利用“木乃伊椅”对冰下浮游植物群落进行采样。“冰下群落对磷虾和其他冰下捕食生物来说至关重要。信贷:凯特琳施密特

作为复杂微生物群落的一部分,藻类群落的多样性和基因活性是由与微观单细胞生物或原核生物的相互作用形成的。

研究人员发现,这些全球群落可分为两大类——主要生活在寒冷极地和温暖非极地水域的生物。

这种地理模式最好的解释是由纬度温度梯度造成的上层海洋的水的物理结构的差异(例如,季节性混合的冷水和永久分层的暖水)。

通过核酸提取和分析这些生物体脱氧核糖核酸以及在北冰洋、北大西洋、南大西洋和南大洋四次研究航行中收集的样本的mRNA测序。

莫克教授说:“国际上的重大努力已经让我们深入了解了是什么驱动了这些生物的多样性,以及它们在全球海洋中的全球生物地理,然而,对于环境条件造成极地与极地之间大规模本地物种群落差异的理解仍然有限。”

“我们的研究结果为环境条件变化与生物多样性变化之间的关系提供了新的见解,这些变化受到大规模环境波动和干扰的影响。这些知识对于预测全球变暖的后果至关重要,因此可以指导环境管理。

“我们可以预计,英国和该纬度其他国家的海洋系统将受到严重影响,而且比之前想象的更加突然。

“最大的生态系统变化将发生在英国周围的海洋微藻群落和它们相关的细菌将被它们的温水同行取代。

“这预计是由两极移动的生态系统边界或‘生物多样性断点’分隔两个群落造成的。要做到这一点,海洋上层的年平均温度需要升高到15摄氏度以上。

“不过,如果我们能阻止全球变暖,这并不是不可逆转的,”他补充说。

格陵兰附近的北极熊

格陵兰岛附近一只好奇的北极熊正在查看“极地船尾”号破冰船。以海豹为食的北极熊是受到气候变化威胁的北冰洋食物网的一部分。信贷:凯特琳施密特

Earlham研究所的合作者Richard Leggett博士补充说:“这项研究还表明DNA测序技术的进步在理解海洋生态系统方面发挥了重要作用,并在这方面帮助研究人员阐明和应对地球面临的一些最大的环境挑战。”

这项工作由两名前东安大学环境科学和计算科学学院的博士生Kara Martin博士(同样在Earlham研究所工作)和Katrin Schmidt博士领导。

马丁博士说:“这些结果表明,海洋上部最重要的生态边界将两极和非两极的藻类微生物群分隔开来,这不仅改变了藻类微生物群的空间尺度,而且由于全球变暖,也会向两极转移。”

“我们预测,由于气候变暖,微生物多样性的‘断点’将显著地向极地移动——尤其是在不列颠群岛周围——人类引起的气候变化导致藻类微生物群的突然变化。

“这是一次美妙的经历,也是一次与优秀团队合作的绝佳机会。我们一起分析了一个惊人的数据集,它扩大了我们微生物海洋研究的范围,使我们能够深入了解不断变化的海洋。”

施密特博士说:“在我们的研究航行中,我们已经注意到从温暖到寒冷的水域有着完全不同的藻类群落。这一初步发现得到了我们研究结果的支持。我们的研究结果表明,上层海洋最重要的生态边界将两个半球的极地和非极地藻类微生物区分开。更重要的是,这一边界不仅改变藻类微生物群的空间尺度,但也因全球变暖而向两极移动。”

来自埃克塞特大学的Tim Lenton教授说:“随着本世纪气候变化,海洋变暖,我们预测,寒冷的极地微藻群落和温暖的非极地微藻群落之间的‘断点’将通过不列颠群岛周围的海洋向北移动。”

“由于微藻是食物链基础的关键,我们可以预期海洋生态系统的其他部分将发生重大变化,这将对渔业和海洋保护产生影响。

“海洋从大气中吸收二氧化碳的‘生物碳泵’将随着微藻群落的这种转变而改变——很可能变得不那么有效——这反过来可能加剧全球变暖。”

测序工作是在JGI进行的,这是社区科学项目“变化之海:北冰洋真核浮游植物群落”的一部分。

参考文献:《上层海洋藻类微生物群落的生物地理分化》,2021年9月16日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 021 - 25646 - 9

1评论关于“气候变化可能会突然影响全球海洋藻类”

  1. 对于所有喜欢呆在家里照顾他们所爱的人的爸爸和妈妈们,或者其余的人在寻找机会为他们的家庭一个月又一个月的额外收入,让我分享一个非凡的探索机会。
    非常感谢

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