Afname van eukaryotisch fytoplankton door verzuring van de oceaan kan wereldwijde koolstofcyclus ernstig beïnvloeden

Eukaryotische fytoplankton stimuleren een afname van de primaire productie onder oceaanverzuring.

Onderzoekers van Princeton University en Xiamen University hebben gerapporteerd dat in tropische en subtropische oligotrofische wateren oceaanverzuring de primaire productie vermindert. Dit is het proces van fotosynthese in fytoplankton, waarbij ze kooldioxide (CO2), zonlicht en voedingsstoffen opnemen om organische stoffen (voedsel en energie) te produceren.

Een zesjarige studie heeft aangetoond dat eukaryotische fytoplankton afnemen onder hoge CO2-omstandigheden, terwijl cyanobacteriën onaangetast blijven. De beschikbaarheid van voedingsstoffen, met name stikstof, beïnvloedde deze reactie.

De resultaten wijzen erop dat oceaanverzuring de primaire productie in oligotrofische tropische en subtropische oceanen met ongeveer 10% kan verminderen, met wereldwijde implicaties. Wanneer deze cijfers worden geëxtrapoleerd naar alle getroffen oceaangebieden met een laag chlorofyl, vertaalt dit zich naar een geschatte afname van 5 miljard ton in de wereldwijde primaire productie van de oceaan, wat ongeveer 10% is van de totale koolstof die elk jaar door de oceaan wordt vastgelegd.

De toename van antropogene CO2 heeft ertoe geleid dat de wereldzeeën ongeveer 3,3 miljard ton koolstof hebben opgenomen, wat ongeveer 30% van de jaarlijkse door mensen veroorzaakte emissies vertegenwoordigt. De stijging van de koolstofniveaus vermindert de pH van het zeewater door oceaanverzuring. Dit proces van verzuring heeft invloed op mariene soorten en ecologische functies. Laboratoriumstudies over fytoplankton hebben variabele reacties aangetoond, waarbij sommige soorten profiteren van CO2-gedreven efficiëntie, terwijl andere lijden onder verstoorde pH-homeostase en veranderde voedingsstofbeschikbaarheid.

Het meeste veldonderzoek naar oceaanverzuring heeft zich gericht op gebieden met een gemiddelde tot hoge breedte, waar diatomeeën, coccolithoforen en andere grote fytoplanktonsoorten de overhand hebben. Er is beperkte data beschikbaar over ultraoligotrofische tropische en subtropische wateren, die ongeveer 20% van de wereldwijde primaire productie van de oceaan bijdragen en gedomineerd worden door kleine fytoplanktonsoorten.

In de studie, getiteld “Eukaryotische fytoplankton stimuleren een afname van de primaire productie in reactie op verhoogde CO2 in de tropische en subtropische oceanen,” voerden onderzoekers een reeks microcosm-experimenten uit om de reacties van eukaryotische fytoplanktongemeenschappen op oceaanverzuring te onderzoeken.

In totaal werden 48 CO2-verrijkingsexperimenten aan boord uitgevoerd op 45 stations in de Noord-Pacifische subtropische gyre, de noordelijke Zuid-Chinese Zee en de Noord-Pacifische overgangszone. Elk experiment gebruikte microcosmen variërend van 10 tot 20 liter, die ongeveer drie dagen werden geïncubeerd onder gecontroleerde CO2-omstandigheden. De kooldioxideconcentraties werden ingesteld op 400 µatm om de huidige omgevingsniveaus te simuleren en 700 µatm om de verwachte verzuring onder gematigde emissiescenario’s weer te geven.

De resultaten toonden een consistente afname van de primaire productie onder verzurende omstandigheden in de Noord-Pacifische subtropische gyre en de Zuid-Chinese Zee. Er werden geen significante veranderingen waargenomen in de Noord-Pacifische overgangszone. Kleine eukaryotische fytoplankton vertoonden een significante afname in overvloed, vooral in de Noord-Pacifische subtropische gyre tijdens de zomer (30%) en winter (15%).

Cyanobacteriën, waaronder Prochlorococcus en Synechococcus, toonden geen substantiële verandering, en in sommige gevallen nam de overvloed van Synechococcus toe. De correlatie tussen afnemende eukaryotische fytoplanktonpopulaties en verminderde primaire productie suggereert dat deze organismen sleutelspelers zijn in de koolstofvastlegging in voedingsstofarme gebieden.

Stikstofbeperkingen verergerden de effecten van oceaanverzuring op eukaryotische fytoplankton. Stations met diepere nitraclines (de diepte waarop de nitraatniveaus in de oceaan beginnen te stijgen) vertoonden sterkere afnames in primaire productie. In twee aanvullende experimenten met voedingsstofverrijking verlichtte de toevoeging van nitraat de negatieve effecten van verzuring op de groei van eukaryotische fytoplankton en verhoogde de diversiteit van de gemeenschap. Deze bevinding suggereert dat de beschikbaarheid van voedingsstoffen de impact van oceaanverzuring op de primaire productie moduleert.

Door de resultaten te extrapoleren naar de wereldwijde oligotrofische tropische en subtropische oceanen, schatten onderzoekers dat verzuring de primaire productie met ongeveer 10% zou kunnen verminderen. Dit zou het vermogen van de oceaan om leven te ondersteunen verzwakken, waardoor de hoeveelheid koolstof die fytoplankton omzet in voedsel met ongeveer 5 miljard ton per jaar afneemt.

Deze bevindingen suggereren dat de voortdurende oceaanverzuring de koolstofcyclus in voedingsstofarme mariene ecosystemen aanzienlijk kan veranderen, wat mogelijk invloed heeft op wereldwijde visserijen en voedselwebben, met langdurige implicaties voor het versnellen van klimaatverandering door een verminderde koolstofopslagcapaciteit van de oceaan.