Oceanische wervelingen: De voedselvoorziening van de zee onthuld door studie naar de lipidomensamenstelling van mesoschaal wervelingen

Mesoschaal wervelingen en hun rol in mariene ecosystemen

Mesoschaal wervelingen, oceanische gyres van ongeveer 100 kilometer in diameter, zijn alomtegenwoordige kenmerken van de wereldzeeën en spelen een cruciale rol in mariene ecosystemen. Deze wervelingen, die zich vormen in biologisch productieve kustgebieden met opwelling, zijn belangrijke transporteurs van koolstof en voedingsstoffen. Ze vangen watermassa’s en migreren naar open zee, waar de productiviteit relatief laag is. Hierdoor hebben ze een significante invloed op de voedingsstoffen- en koolstofcycli in de oceaan.

Gedurende tientallen jaren hebben mariene wetenschappers geprobeerd te begrijpen hoe kustwateren offshore worden getransporteerd en hoe dit de productiviteit in de open oceaan beïnvloedt, vooral nu verwacht wordt dat de activiteit van wervelingen aanzienlijk zal veranderen door klimaatverandering. Hoewel eerder bekend was dat oceaanwervelingen grote hoeveelheden organische koolstof en voedingsstoffen transporteren, is de exacte samenstelling en voedingskwaliteit van dit materiaal voor zoöplankton en vissen grotendeels onontgonnen gebleven.

Met behulp van hoge-resolutie massaspectrometrie heeft een team van onderzoekers van GEOMAR en MARUM nu de lipidome—de totaliteit van vetmoleculen—in en rond een oceaanwerveling geanalyseerd. De resultaten van hun werk zijn gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift.

Geavanceerde analyse onthult lipiden diversiteit in wervelingen

“Deze wervelingen zijn in wezen de voedseltrucks van de oceaan,” legt Dr. Kevin Becker, geochemicus bij GEOMAR en hoofdauteur van de studie, uit. “Ze transporteren voedingsstoffen van de zeer productieve kustgebieden naar de open oceaan, waar ze worden vrijgegeven en waarschijnlijk de biologische productiviteit beïnvloeden.”

Voor hun studie analyseerden de onderzoekers monsters die waren verzameld tijdens het door GEOMAR gecoördineerde REEBUS-project (Rol van Wervelingen in de Koolstofpomp van Oostelijke Grens Opwellingssystemen) tijdens de METEOR M156-expeditie voor de kust van Mauritanië (West-Afrika). Er werden bijna 1.000 verschillende lipiden geïdentificeerd. Lipiden kunnen tot 20% van de koolstofinhoud van fytoplankton uitmaken en zijn essentiële bouwstenen van cellen, die cruciale biologische functies vervullen als energieopslag, membraancomponenten, signaalmoleculen en elektronentransporters.

“Lipiden bevatten ook chemotaxonomische informatie die ons in staat stelt de samenstelling van microbiele gemeenschappen te bepalen,” voegt Dr. Becker toe. “Op basis van hun chemische handtekeningen kunnen we lipiden van fytoplankton, bacteriën en archaea-soorten onderscheiden.”

De resultaten van de studie toonden aan dat de lipidenhandtekening binnen de gyre significant verschilde van die van de omringende wateren, wat wijst op een onderscheidende microbiele gemeenschap. In het bijzonder waren energie-rijke opslaglipiden en essentiële vetzuren verrijkt—voedingsstoffen die hogere mariene organismen zoals zoöplankton en vissen niet zelf kunnen synthetiseren en via voedsel moeten opnemen.

Berekeningen tonen aan dat kustwervelingen in de opwellingsregio voor Mauritanië jaarlijks tot 9,7 ± 2,0 gigagram (ongeveer 10.000 ton) labiele organische koolstof naar de open oceaan transporteren.

“Onze studie benadrukt de centrale rol van mesoschaal wervelingen in de lokale koolstofcyclus en biedt een basis voor toekomstige onderzoeken naar hun belang op wereldschaal,” concludeert Prof. Dr. Anja Engel, hoofdonderzoeker van de studie en hoofd van de afdeling Mariene Biogeochemie bij GEOMAR.