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海洋酸化对浮游植物群落的影响

em麻省理工学院及其同事最近发表的一项研究表明,海洋酸化可能会对浮游植物群落造成巨大变化,因为随着海洋酸化的加剧,许多物种可能会消亡,其他物种可能会显着迁移。 / em

海洋吸收了世界各地30%的人造二氧化碳,储存了数百年的溶解碳。随着上世纪二氧化碳的摄入量增加,全球海洋的酸度也在增加。自工业时代以来,海洋的pH值从今天的平均8.2下降到8.1。对气候变化的预测估计,到2100年,这一数字将进一步下降到7.8左右 - 显着低于今天公海海洋社区所见的任何水平。

现在,来自麻省理工学院,阿拉巴马大学和其他地方的一组研究人员发现,海洋酸化的增加将极大地影响构成海洋食物链基础的浮游植物 - 海洋表面微生物的全球种群。在一项发表的研究中今天在“自然气候变化”期刊上,研究人员报告说,到2100年海洋酸化增加将刺激浮游植物的一系列反应:一些物种将消亡,而另一些物种将繁荣,改变世界各地浮游生物物种的平衡。

研究人员还比较了浮游植物不仅对海洋酸化的反应,而且还比较了气候变化的其他预测因素,如温度升高和营养物质供应减少。例如,该团队使用数值模型来观察整个浮游植物将如何显着迁移,随着行星变暖,大多数人口向两极转移。然而,基于全球模拟,他们发现了源自海洋酸化的最显着的影响。

麻省理工学院全球变化科学中心首席研究科学家Stephanie Dutkiewicz说,虽然科学家们怀疑海洋酸化可能会影响海洋种群,但该研究组的结果表明,浮游植物的巨大动荡 - 因此可能是以它们为食的物种 - 比先前估计。

“我一直都是气候变化的忠实信徒,我尽量不要成为危言耸听,因为这对任何人都不利,”该论文的第一作者Dutkiewicz说。 “但结果让我感到非常震惊。事实上,有太多不同的可能变化,不同的浮游植物会有不同的反应,这意味着21世纪的社区可能会出现一些相当创伤性的变化。整个社区的重新安排对于食品网络的进一步发展意义重大,也意味着碳循环等问题。“

该论文的合着者包括麻省理工学院地球,大气和行星科学系的副教授Mick Follows。

赢家和输家

为了了解浮游植物个体对酸性环境的反应,该团队进行了一项荟萃分析,汇总了49篇论文的数据,其中有些论文研究了单一物种如何在较低pH值下生长。这种实验通常涉及将生物体置于烧瓶中并将其生物质记录在不同酸度的溶液中。

总之,这些论文审查了154个浮游植物的实验。研究人员将这些物种分为六个通用功能组,其中包括硅藻,原绿球藻和石墨细胞,然后绘制出更酸性条件下的生长速率。他们发现,即使在功能团体内部,对酸度的增加也有一系列的反应,其中一些“胜利者”的增长速度超过了正常水平,而另一些“输家”却没有了。

实验数据主要反映了受控实验室环境下单个物种的反应。然后研究人员将实验数据转化为全球海洋循环模型,以了解多种物种相互竞争对酸度升高的反应。

研究人员将麻省理工学院的全球环流模型与模拟96种浮游植物行为的生态系统模型相结合,模拟了诸如洋流,温度和盐度等物理现象。与实验数据一样,研究人员将96种物种分为6个功能组,然后根据实验中观察到的范围,为每组分配一系列对海洋酸化的响应。

自然竞争失衡

研究人员在对96种物种进行了多次不同组合的全球模拟后,观察到,随着海洋酸化促使一些物种增长更快,另一些物种减慢,它也改变了物种之间的自然竞争。

“通常,在进化时间之后,事物会达到一个稳定的点,多种物种可以共存,”Dutkiewicz说。 “但是如果其中一个获得提升,即使另一个可能得到提升,但不是那么大,它可能会被淘汰。所以你可能会让整个物种消失,因为反应稍有不同。“

Dutkiewicz说,在浮游生物水平上转移竞争可能会在食物链中产生更大的影响。

“一般来说,北极熊会吃硅藻中开始吃东西的食物,例如,可能不会喂食以Prochlorococcus为食的东西,”Dutkiewicz说。 “整个食物链将会有所不同。”

到2100年,由于水变暖,海洋的局部组成也可能看起来非常不同:该模型预测许多浮游植物物种将向两极移动。这意味着在新英格兰,例如,下个世纪的海洋社区可能看起来非常不同。

“如果你去波士顿港口,拿起一杯水,看着显微镜下,你会看到后来非常不同的物种,”Dutkiewicz说。 “到2100年,你会看到现在住在北卡罗来纳州附近的人,在波士顿附近。”

Dutkiewicz说,这个模型给出了海洋酸化可能如何改变海洋世界的广泛画面。为了获得更准确的图像,她说,需要更多的实验,涉及多种物种以鼓励自然环境中的竞争。

“底线是,我们需要知道海洋变得更酸性时竞争是如何重要的,”她说。

这项研究部分由国家科学基金会,戈登和贝蒂摩尔基金会资助。

出版物:Stephanie Dutkiewicz等人,“海洋酸化对未来浮游植物群落结构的影响”,2015年Nature Climate Change; DOI:10.1038 / nclimate2722

资料来源:麻省理工学院新闻社Jennifer Chu