Новости

Oct 31, 2023

Функциональные и структурные реакции планктонных сообществ на последовательные экспериментальные волны тепла в прибрежных водах Средиземного моря.

Научные отчеты, том 13,

Том 13 научных докладов, номер статьи: 8050 (2023) Цитировать эту статью

319 Доступов

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Согласно прогнозам, частота морских волн тепла (МТВ) в Средиземном море увеличится в течение следующих десятилетий. Эксперимент in situ с мезокосмом проводился в средиземноморской лагуне в течение 33 дней. В качестве контроля использовались три мезокосма, соответствующие естественной температуре лагуны. В трех других случаях применялись две ГВ при +5 °C по сравнению с контролем с экспериментального дня (d) 1 по день 5 (HW1) и с дня 11 по день 15 (HW2). Высокочастотные данные о кислороде, хлорофилле-а (chl-a), температуре, солености и освещенности от датчиков, погруженных во все мезокосмы, использовались для расчета валовой первичной продукции (GPP), дыхания (R), а также роста и потерь фитопланктона (μ). (L) ставки. Также были проанализированы питательные вещества и структура сообщества фитопланктона по пигментам. HW1 значительно увеличил GPP, R, chl-a, µ и L на 7–38%. ГВ2 сдвинуло систему в сторону гетеротрофии, только усиливая R. Таким образом, влияние первой ГВ привело к ослаблению эффектов второй ГВ на процессы в фитопланктоне, но не на дыхание сообщества, которое сильно регулировалось температурой. Кроме того, естественная последовательность фитопланктона от диатомей к гаптофитам была изменена обоими HW, поскольку предпочтение отдавалось цианобактериям и хлорофитам за счет гаптофитов. Эти результаты показывают, что HW оказывают выраженное воздействие на планктонные сообщества Средиземноморья.

Морские волны тепла (МВТ) – это экстремально кратковременные потепления, продолжающиеся от нескольких дней до месяцев1. По прогнозам, в ближайшие десятилетия их частота и интенсивность в большинстве океанов мира возрастут из-за глобального изменения климата2,3. Ожидается, что они будут иметь глубокие экономические и экологические последствия4, особенно в прибрежных водах Средиземного моря, которые являются одними из районов, наиболее чувствительных к их интенсификации5,6,7,8. Поэтому изучение влияния HW на фундаментальные функции планктона в экосистемах имеет важное значение, поскольку планктонные сообщества играют решающую роль в водных экосистемах9.

Фитопланктон производит кислород посредством фотосинтеза, это производство кислорода можно назвать валовой первичной продукцией (GPP), тогда как весь планктон потребляет кислород посредством аэробного дыхания (R). Таким образом, баланс между GPP и R обеспечивает метаболический индекс водных систем, отражающий их способность выступать либо в качестве чистых потребителей (GPP < R), либо в качестве чистых производителей кислорода (GPP > R10,11). Этот баланс частично связан со скоростью роста (μ) и гибели (L) фитопланктона, которые сами по себе дают трофический индекс системы, связанной с приспособленностью фитопланктона и факторами его гибели, такими как хищничество и вирусный лизис12,13,14. . Даже если весь фитопланктон принимает участие в первичной продукции, функциональные группы фитопланктона могут различаться по своей роли в пищевых сетях и биогеохимических циклах. Это означает, что структура сообщества фитопланктона тесно связана как с балансом между GPP и R, так и с балансом между µ и L15. Таким образом, оценка реакции этих индексов и структуры сообщества фитопланктона имеет решающее значение для углубления нашего понимания последствий ГВ на функционирование прибрежной экосистемы Средиземноморья.

Влияние природных ГВ на планктонные сообщества и процессы изучалось в нескольких системах. Наблюдения показали важное влияние HW на фито- и зоопланктонные сообщества в различных регионах16,17,18,19,20 и показали, что HW имеют тенденцию увеличивать биомассу фитопланктона в высоких широтах открытого океана с уменьшением в средних и тропических широтах21,22 , 23. Соответственно, физико-биогеохимическая модель и морская структура HW предсказывают положительное воздействие HW на биомассу и рост фитопланктона в условиях с избытком питательных веществ и обратное в условиях истощения питательных веществ24,25. Эти прогнозы были подтверждены в Средиземном море, обедненном фосфором, где на производство фитопланктона негативно повлияло увеличение интенсивности, частоты и продолжительности ГВ с 1985 года26. Однако ответные меры могут быть существенно более сложными в прибрежных районах и зависеть особенно на местных прибрежных процессах, таких как поступление аллохтонных питательных веществ с суши и обмен с бентосным компартментом27. Действительно, в ходе экспериментальных исследований часто выявлялись косвенные и/или каскадные эффекты потепления в прибрежных системах, зависящие от условий окружающей среды и структуры планктонного сообщества в начале исследования. Было показано, что в прибрежных водах Средиземного моря потепление либо способствует, либо подавляет рост и биомассу фитопланктона в зависимости от состояния питательных веществ; изменить структуру и взаимодействие сообществ фитопланктона, зоопланктона, бактериопланктона и вириопланктона; и смещают метаболический статус в сторону автотрофии или гетеротрофии28,29,30,31,32,33. Помимо эффектов потепления, которые происходят непосредственно во время ГП, сообщалось об изменениях в ключевых функциях планктона и структуре сообщества, происходящих после окончания ГП32,34,35. Это означает, что реакция водных экосистем на ГВ более сложна, чем простая реакция на потепление. Хотя большинство исследований было сосредоточено на одном экспериментальном HW32,36,37, последствия последовательных HW в значительной степени неизвестны и поэтому почти непредсказуемы, и может быть трудно сделать вывод об ответах на последовательные HW на основе исследований, изучающих только один HW. Действительно, воздействие первого HW может повлиять на реакцию на второй HW, поскольку оно может глубоко изменить функциональные процессы, состав сообщества и взаимодействие между организмами, что, в свою очередь, может определять реакцию на второй HW.