Czy plankton śpi? Nowy model pokazuje, jak wygląda cykl dobowy w oceanie

Czy ocean kiedykolwiek śpi? Każdy kto miał okazję zanurkować nocą na rafie koralowej doskonale wie, że tętni ona życiem nawet w niemal całkowitych ciemnościach. Ośmiornice, ryby, homary czy rozbłyskujące własnym światłem kałamarnice polują, uciekają czy szukają partnerów zwłaszcza w ciemności.

Ale nie oznacza to, że ocean nocą nie przechodzi innych, bardzo istotnych przemian. Zwłaszcza jeśli idzie o najważniejsze żyjące w nim istoty: niepozorny fitoplankton, czyli mikroskopijne rośliny stanowiące podstawę całego morskiego życia.

Dotychczasowe modele tego, jak funkcjonuje życie w oceanie, zupełnie pomijały jednak to, jak te maleństwa zachowują się, gdy słońce wschodzi i zachodzi. A to niezwykle istotne dla przewidzenia zachowania całego systemu.

Nowy model, opracowany przez Centrum Ekosystemów w Laboratorium Biologii Morskiej laboratorium Woods Hole włączył cykl dobowy do całościowego modelu oceanu. Ich badanie, opublikowane w Global Ecology and Biogeography, jest pierwszym, które pokazuje w jaki sposób cykl dzień/noc wpływa na biogeografię i różnorodność tych kluczowych istot.

Model symuluje naturalne cykle światła i ciemności nad globalnym oceanem oraz zachowanie 15 symulowanych typów fitoplanktonu. Celem było sprawdzenie, w jaki sposób cykle świetlne wpływają na produktywność fitoplanktonu i zmieniają dynamikę stężenia składników odżywczych.

Symulowany fitoplankton został podzielony na dwie grupy, które w rzeczywistości posługują się nieco innymi strategiami. Pierwsze, “zbieracze", to małe komórki, które szybko wychwytują substancje odżywcze z wody, ale rosną powoli. Drugie, “oportuniści", są duże, szybko rosną, ale nie potrafią aż tak sprawnie pobierać substancji odżywczych i lepiej radzą sobie tam, gdzie takich substancji jest mnóstwo.

Wiemy, że wiele cech różnych fitoplanktonu wynika z cyklu dzień/noc. Niektóre bruzdnice nocą schodzą głębiej, aby uzyskać więcej składników odżywczych, a następnie przechodzą do fotosyntezy. Niektóre magazynują węgiel w ciągu dnia, i mogą go używać w nocy.

---

Symulowane zachowanie planktonu w modelu dobowym porównano z tradycyjnym, który w ogóle nie brał pod uwagę cyklu dnia i nocy.

Model wykazał, że cykle dobowe są powiązane z wyższymi stężeniami ograniczonych składników odżywczych, co oznaczało, że na niższych szerokościach geograficznych symulowani oportuniści, na przykład okrzemki, byli bardziej liczni niż zbieracze w porównaniu z “tradycyjnym" modelem. Ale im bliżej biegunów, tym różnice między obiema kategoriami się zmniejszały, bo tam zmiany wywołane przez wydłużanie i skracanie dnia wraz ze zmianą pór doku były silniejsze niż cykl dzień/noc.

Zrozumienie tego, jak zachowuje się fitoplankton jest kluczowe, bo stanowi on podstawę całej morskiej sieci pokarmowej, od koralowców czy krewetek po wieloryby. Modelowanie całego oceanu jest jednak niewyobrażalnie złożonym zadaniem i zmusza naukowców do wprowadzania pewnych uproszczeń. Na przykład właśnie zrezygnowania z symulacji cyklów dzień / noc. “Jeśli nie musisz martwić się takimi szczegółami, modele działają szybciej" mówi jeden z autorów nowego artykułu, Joe Vallino. “Nie chcesz, żeby symulacja 10-letniego okresu sama trwała 10 lat".

Jednak wraz z postępującą zmianą klimatu zrozumienie, jak dokładnie działa oceaniczny ekosystem ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia skutków zwiększonych poziomów dwutlenku węgla. 

"Ten model przyczynia się do pogłębienia naszej podstawowej wiedzy na temat działania oceanu" - mówi Vallino, dodając, że gdy naukowcy tworzą lepsze modele oceanów, mogą w końcu wykorzystać je do zbadania możliwych rozwiązań problemów wynikających ze zmian klimatu, jednocześnie minimalizując niezamierzone konsekwencje. "Możliwość przewidzenia, jak zmieni się dystrybucja fitoplanktonu, będzie miała reperkusje w sieci pokarmowej".