Maleńki plankton oceaniczny przystosował się do ocieplenia podczas ostatniej epoki lodowcowej, ale prawdopodobnie nie przetrwa przyszłych zmian klimatu - nowe badanie

Źródło zdjęcia: https://www.pexels.com/pl-pl/zdjecie/morze-ocean-plywanie-podwodny-9335720/ ; autor: Anastasia Lebedeva, 30 listopada 2020 roku

W naszych nowych badaniach, opublikowanych dziś w czasopiśmie ,,Nature", zbadaliśmy zdolność maleńkich organizmów morskich zwanych planktonem do przystosowania się do globalnego ocieplenia. Doszliśmy do wniosku, że niektóre organizmy planktonowe są obecnie mniej zdolne do adaptacji niż w przeszłości. Plankton to organizmy żyjące w górnych warstwach oceanu. Te glony (fitoplankton) i zwierzęta (zooplankton) są przenoszone przez prądy oceaniczne, nie są bowiem zdolne do aktywnego pływania.

Zmiany klimatu zwiększają częstotliwość występowania fal upałów na morzu. Przewidywanie przyszłych skutków tych zjawisk jest jednak trudne, ponieważ niektóre prognozy zależą od fizyki i chemii oceanów, podczas gdy inne uwzględniają wpływ na ekosystemy i ich funkcjonowanie. Część danych sugeruje, że obecne zmiany klimatu drastycznie zmieniły plankton morski. Modele przewidują przesunięcie planktonu w kierunku obu biegunów (gdzie temperatury oceanów są niższe) oraz straty zooplanktonu w tropikach, ale nie przewidują wzorców, które można dostrzec w analizowanych danych. Dane satelitarne dotyczące biomasy planktonu są nadal zbyt krótkowzroczne, aby na ich podstawie określić tendencje długoterminowe. 

Celem przezwyciężenia tych problemów porównaliśmy, jak plankton reagował na zmiany środowiskowe w przeszłości i stworzyliśmy model reakcji na przyszłe zmiany klimatyczne. Jak mawiał naukowiec Charles Lyell, „przeszłość jest kluczem do teraźniejszości”. Zebraliśmy jedne z najlepszych zapisów kopalnych z grupy planktonu morskiego o twardych skorupkach zwanych Foraminifera. Ta kompleksowa baza danych dotyczących obecnego i dawnego rozmieszczenia tych organizmów, opracowana przez naukowców z Uniwersytetu w Bremie, została zgromadzona przez setki naukowców z dna morskiego na całym świecie od lat 60. ubiegłego wieku. Dokonaliśmy porównania danych z ostatniej epoki lodowcowej, około 21 000 lat temu, i współczesnych zapisów, aby ustalić, jak potoczyły się wydarzenia, gdy już wtedy klimat uległ ociepleniu. 

Do symulacji ekosystemów oceanicznych od czasów ostatniej epoki lodowcowej do epoki preindustrialnej wykorzystaliśmy modele obliczeniowe, które łączą trendy klimatyczne z cechami planktonu morskiego i wpływem tych czynników na plankton. Porównanie modelu z danymi z zapisu kopalnego daje nam potwierdzenie, że model symulował zasady determinujące wzrost i dystrybucję planktonu.

Odkryliśmy, że optymalna temperatura niektórych gatunków subtropikalnych i tropikalnych dla maksymalnego wzrostu i rozmnażania mogła poradzić sobie z ociepleniem wody morskiej w przeszłości, co potwierdzają zarówno dane kopalne, jak i sam model. Gatunki planktonu preferujące chłodniejsze warunki zdołały dryfować, by rozwijać się w bardziej sprzyjających temperaturach wody.

Nasza analiza pokazuje, że Foraminifera poradziły sobie z naturalną zmianą klimatu, nawet bez konieczności ewolucyjnej adaptacji. Jednak czy poradziłyby sobie z obecnym ociepleniem i przyszłymi zmianami warunków oceanicznych?

Przyszłość łańcucha pokarmowego

Wykorzystaliśmy ten model by przewidzieć przyszłość w czterech różnych skalach ocieplenia w przedziale od 1,5 do 4°C. Niestety, zdolność tego typu planktonu do radzenia sobie ze zmianami klimatycznymi jest znacznie bardziej ograniczona niż podczas wcześniejszego ocieplenia. Przeprowadzone przez nas badanie podkreśla różnicę między szybszym ociepleniem spowodowanym przez człowieka a wolniejszym ociepleniem geologicznym dla planktonu morskiego. Obecne zmiany klimatu są zbyt szybkie i zmniejszają podaż żywności ze względu na stratyfikację oceanów, co utrudnia planktonowi przystosowanie się aktualnych warunków.

Fitoplankton produkuje około 50% tlenu na świecie. Oznacza to, że co drugi nasz oddech możemy zawdzięczać algom morskich, pozostałe zaś roślinom lądowym. Część planktonu żywi się innym planktonem. Z kolei ten jest zjadany przez ryby, a następnie ssaki morskie, dzięki czemu energia jest przekazywana w górę łańcucha pokarmowego. Fotosyntetyzujący fitoplankton jest również naturalną maszyną do wiązania węgla, magazynującą 45 razy więcej węgla niż atmosfera.

Na całym świecie wiele osób w dużym stopniu polega na żywności z oceanu jako głównym źródle białka. Gdy zmiany klimatu zagrażają planktonowi morskiemu, ma to ogromny wpływ na pozostałą część morskiej sieci pokarmowej. Morskie ssaki żywiące się planktonem, takie jak wieloryby, nie będą miały wystarczającej ilości pożywienia, a dla drapieżników (i ludzi) oznacza to mniej ryb do jedzenia. Zmniejszenie skali ocieplenia i spowolnienie jego tempa są niezbędne do ochrony dobrostanu oceanów.