Yeni model, küresel okyanusta gece/gündüz döngüsüne ışık tutuyor

Fitoplankton, gezegendeki tüm yaşamın temelidir. Bu fotosentetik organizmaların okyanus ortamlarına nasıl tepki verdiğini anlamak, besin ağının geri kalanını anlamak için önemlidir.

Ancak küresel okyanus biyojeokimyasının bilgisayar modelleri, okyanusun birincil üreticilerinde fotosentez için kritik öneme sahip olsa da, tipik olarak gündüz/gece veya gün, ışık döngüsünü içermez.

İlk kez, ABD Ulusal Bilim Vakfı-desteklenen biyologlar Deniz Biyolojisi Laboratuvarı Massachusetts’te fitoplankton üzerindeki etkilerini araştırmak için diel döngüsünü küresel bir okyanus modeline dahil ettiler.

yayınlanan çalışma, Küresel Ekoloji ve Biyocoğrafya, gündüz/gece döngüsünün bu birincil üreticilerin biyocoğrafyasını ve çeşitliliğini nasıl etkilediğini araştıran ilk kişidir. Araştırma kısmen şu adreste gerçekleşti: Plum Adası Ekosistemleri Uzun Vadeli Ekolojik Araştırma tarafından finanse edilen site NSF.

Model, küresel okyanus üzerinde 15 simüle edilmiş fitoplankton türüne doğal ışık ve karanlık döngüleri sundu. Simülasyonlar daha sonra aynı plankton modelini kullanan, ancak 24 saatlik periyotlarda ortalama ışıkla aydınlatılan bir kontrol simülasyonuyla karşılaştırıldı. Amaç, diel ışık döngülerinin fitoplankton üretkenliğini nasıl etkilediğini ve besin konsantrasyonu dinamiklerini nasıl değiştirdiğini görmekti.

Simüle edilmiş fitoplanktonların tümü farklı hücre boyutlarıydı ve iki geniş ekolojik stratejiyle iki farklı gruba ayrıldı. “Toplayıcılar”, yüksek besin afinitesi olan (yani, bu besinler düşük miktarlarda olsa bile besinleri su kolonundan yakalayabilecekleri anlamına gelir) ancak yavaş büyüyen daha küçük hücreleri simüle etti ve “fırsatçılar”, daha yüksek maksimum büyüme hızı ancak düşük besin afinitesi olan daha büyük hücreleri simüle etti. (besin açısından zengin suda daha iyi yaptıkları anlamına gelir). Bunlar, laboratuvar kültürlerinden alınan parametrelere dayanan gerçek fitoplanktonun temsilleriydi.

Araştırmacılar, diel döngüsünün simüle edilmiş fitoplankton için gerçekten önemli olduğunu buldular.

Model, diel döngülerinin daha yüksek sınırlı besin konsantrasyonları ile ilişkili olduğunu gösterdi; bu, daha düşük enlemlerde (40 derece güney ila 40 derece kuzey), simüle edilmiş fırsatçıların, kontrol simülasyonuna kıyasla toplayıcılardan daha fazla olduğu anlamına geliyordu. Bu, fitoplankton benzeri diyatomları içerir. Bu mekanizma, mevsimsel ışık döngüsünün etkilerinin gündüz/gece döngülerinden daha güçlü olduğu daha yüksek enlemlerde daha az önemli hale geldi.

Bilim adamları, fitoplanktonların gıda ağının tabanında birincil üreticiler olarak enerjilerini nasıl aldıklarını anlamıyorsa, küresel okyanus gıda ağının geri kalanının – insanlara kadar – etkileşimleri hakkında çıkarımlarda bulunmak zordur.

Küresel okyanus çok büyük ve onu temsil eden modeller de öyle. Modelciler, okyanusta olanların karmaşıklığıyla başa çıkmak için genellikle belirli süreçleri basitleştirir. Tipik modeller, gündüz/gece döngüsünün daha ince ayrıntılarını eklemek yerine yalnızca mevsimsel ışık geçişlerini içerir. Makalenin kıdemli yazarı Joe Vallino, bunun çoğunlukla hesaplamalı bir karar olduğunu söylüyor. “Genel olarak ince zaman ayrıntılarını çözmüyorsanız, [the models] daha hızlı koş.”

Okyanusun nasıl çalıştığını anlamak, küresel ısınmanın ve yüksek karbondioksitin iklim değişikliğini nasıl etkilediğini anlamak için hayati önem taşıyor. Vallino, “Bu model, okyanusun nasıl çalıştığına dair anlayışımızı geliştirmeye katkıda bulunuyor” diyor. Bilim adamlarının daha iyi okyanus modelleri ürettikçe, sonunda bunları istenmeyen sonuçları en aza indirirken iklim değişikliğine olası çözümleri araştırmak için kullanabileceklerini de ekliyor.

Vallino, “Fitoplankton dağılımının nasıl değişeceğini tahmin edebilmek, besin ağında daha yüksek yankılara sahip” diyor. “Eğer bu taban değişikliğini doğru yapamıyorsanız, bununla bağlantılı hiçbir şeyi doğru yapamazsınız.”