Analyse toont bijdrage van fytoplankton aan eeuwenlange koolstofopslag in de oceaan

Fytoplankton—microscopische algen die de basis vormen van de voedselwebben in de oceaan—worden al lange tijd gezien als tijdelijke spelers in de wereldwijde koolstofcyclus: ze bloeien, sterven en de koolstof die ze bevatten wordt snel teruggebracht in het ecosysteem.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Wang Faming van de Zuid-Chinese Botanische Tuin (SCBG) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft echter ontdekt dat deze kleine organismen direct “hardnekkige” koolstof in de oceaan kunnen pompen, waar deze wel eeuwen kan aanhouden. Deze doorbraak, gepubliceerd in Nature Communications, daagt tientallen jaren van conventionele wetenschappelijke wijsheid uit die stelt dat het meeste algencarbon kortlevend is.

Met behulp van ultrahoge-resolutie massaspectrometrie analyseerde het team zes belangrijke fytoplanktongroepen en ontdekte dat meer dan 10% van hun koolstofproductie de vorm aanneemt van “recalcitrant oplosbaar organisch koolstof” (RDOC), een verzameling organische moleculen die fungeert als een langetermijn koolstofreserver in de oceaan.

Het door fytoplankton geproduceerde oplosbare organische koolstof (DOC) volgt twee verschillende paden, zoals de studie uitlegde. Een deel wordt vrijgegeven als bio-beschikbaar DOC (BDOC), dat snel door micro-organismen wordt geconsumeerd, waarbij een deel later wordt omgevormd tot RDOC. Van cruciaal belang is dat het onderzoek ook bevestigde dat fytoplankton RDOC direct kan uitscheiden.

Ongeacht of het afkomstig is van microbiale transformatie of directe afgifte, speelt RDOC een sleutelrol in de langetermijnopbouw van de mariene DOC-reserve, wat betekent dat de moleculaire samenstelling van fytoplanktonkoolstof helpt bij het reguleren van de omvang en stabiliteit van de wereldwijde DOC-reserve.

Bovendien leidt de hoge soortendiversiteit van fytoplankton en hun korte groei-afnamecycli tot aanzienlijke variabiliteit in hoe koolstof wordt gebruikt over verschillende taxa en groeiseizoenen. Deze variabiliteit heeft historisch gezien inspanningen om de samenstelling van algengestuurd DOC en de rol ervan in de koolstofcyclus in kaart te brengen bemoeilijkt.

Om deze kloof te overbruggen, combineerde het team ultrahoge-resolutie massaspectrometrie—een techniek die wordt gebruikt om de gedetailleerde moleculaire samenstelling van DOC geproduceerd door fytoplankton te analyseren—met satellietafstandssensing en machine learning-modellen om een wereldwijde dataset van mariene DOC te creëren.

Deze dataset quantificeerde niet alleen hoe verschillende fytoplanktongroepen bijdragen aan de wereldwijde mariene DOC-dynamiek, maar identificeerde ook duidelijke verschillen in algengestuurd DOC tijdens verschillende groeifases. De analyse onthulde bijvoorbeeld dat fytoplanktonbloei in hun groeifase significant meer RDOC produceert dan in hun afnamefase.

Dr. Lu Zhe van SCBG, de eerste auteur van de studie, benadrukte de praktische implicaties van het onderzoek: “Met deze wereldwijde dataset en onze geoptimaliseerde modellen voor oceaan-DOC-beoordeling kunnen we nu duidelijk en snel voorspellen hoe verlengde fytoplanktonbloei-duren of klimaatgedreven verschuivingen in de samenstelling van fytoplankton gemeenschappen de toekomstige dynamiek van het DOC-reservoir in de oceaan zullen beïnvloeden.”