Un sensore spaziale in grado di "vedere" attraverso la nebbia, le nuvole e l'oscurità hanno dato agli scienziati il ​​loro primo sguardo continuo sui cicli boom-bust che guidano le comunità di plancton polare.

La serie di immagini decennale rivela che i cicli del fitoplancton sono più legati alla relazione push-pull tra loro e i loro predatori di quanto si pensasse inizialmente, secondo uno studio pubblicato oggi sulla rivista Geoscienze naturali .

Il fitoplancton è il fondamento della rete alimentare dell'oceano. pesca commerciale, mammiferi marini e uccelli dipendono tutti dalle fioriture, ha detto l'autore principale dello studio, Michael Behrenfeld, un esperto di plancton marino presso il College of Agricultural Sciences dell'Oregon State University.

"È davvero importante per noi capire cosa controlla questi cicli di boom-bust e come potrebbero cambiare in futuro, "Berenfeld ha detto, "perché le dinamiche delle comunità di plancton hanno implicazioni per tutti gli altri organismi in tutto il web".

Il fitoplancton influenza anche il ciclo del carbonio terrestre. Attraverso la fotosintesi, assorbono una grande quantità di anidride carbonica vicino alla superficie dell'oceano. Quella, a sua volta, permette all'anidride carbonica dell'atmosfera di andare nell'oceano.

Lo strumento LIDAR montato su satellite, soprannominato Cloud-Aerosol Lidar con polarizzazione ortogonale, o CALIOP, utilizza un raggio laser per mappare la superficie dell'oceano e il sottosuolo immediato. CALIOP ha monitorato il plancton nelle acque oceaniche artiche e antartiche dal 2006 al 2015.

Le misurazioni di CALIOP rivelano che, mentre la crescita del fitoplancton accelera, le fioriture sono in grado di superare gli organismi che le predano. Non appena l'accelerazione si ferma, però, gli organismi predatori raggiungono e la fioritura termina.

Immagina due palline di gomma, una rossa, uno verde, collegato da un elastico, Behrenfeld ha detto.

"Prendi la palla verde, che rappresenta il fitoplancton, e colpiscila con una pagaia, " ha detto. "Finché quella palla verde accelera, l'elastico si allungherà, e la palla rossa, che rappresenta tutte le cose che mangiano o uccidono il fitoplancton, non raggiungerà la palla verde. Ma non appena la pallina verde smette di accelerare, la tensione nell'elastico tirerà su quella palla rossa, e la palla rossa raggiunge."

Questa constatazione, Egli ha detto, va contro la credenza diffusa che le fioriture inizino quando i tassi di crescita del fitoplancton raggiungono un tasso soglia, e poi fermarsi quando i tassi di crescita crollano.

Anziché, le fioriture iniziano quando i tassi di crescita sono estremamente lenti, e poi fermarsi quando la crescita del fitoplancton è al suo massimo, ma l'accelerazione della fioritura ha raggiunto il suo picco. È solo allora che gli organismi predatori raggiungono e la fioritura termina.

Lo studio rivela anche che, nelle acque artiche, i cambiamenti di anno in anno in questo costante tira e molla tra predatore e preda è stato il principale motore del cambiamento negli ultimi 10 anni. La situazione è diversa nell'oceano meridionale intorno all'Antartide, dove i cambiamenti nella copertura di ghiaccio hanno avuto maggiore influenza.

"Il messaggio da portare a casa, "Berenfeld ha detto, "è questo, se vogliamo comprendere la produzione dei sistemi polari nel suo insieme, dobbiamo concentrarci sia sui cambiamenti nella copertura di ghiaccio sia sui cambiamenti negli ecosistemi che regolano questo delicato equilibrio tra predatori e prede".

Le capacità del LIDAR spaziale, Egli ha detto, aprire la porta a misurazioni ancora più dettagliate delle comunità di plancton. Per esempio, lo strumento CALIOP, buono così com'è, è stato progettato per effettuare misurazioni dell'atmosfera e non ha la risoluzione necessaria per acquisire informazioni dettagliate sotto la superficie dell'oceano.

Uno strumento ad alta risoluzione, ora in fase di sviluppo presso la NASA ma non ancora distribuito su un satellite, potrebbe raccogliere campioni del sottosuolo a profondità ben distanziate mentre l'impulso laser penetra attraverso la colonna d'acqua, permettendo agli scienziati di vedere la struttura verticale delle fioriture di plancton. Ciò rivelerebbe di più su come il plancton viene influenzato dalle correnti oceaniche e dalle sue altre proprietà fisiche, Behrenfeld ha detto.

Lo strumento potrebbe anche determinare quale frazione del segnale deriva dalla diffusione della luce rispetto all'assorbimento della luce.

"Possiamo usare le informazioni sulla dispersione per quantificare la concentrazione del plancton, e possiamo usare l'assorbimento per dire qualcosa sulla fisiologia del plancton, in altre parole, la salute delle cellule, ", ha detto Behrenfeld.

Il sensore CALIOP è montato sul satellite CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar e Infrared Pathfinder Satellite Observation), di proprietà congiunta della NASA e dell'agenzia spaziale francese. Altre istituzioni partecipanti includono l'Università del Maine, l'Università della California e l'Università di Princeton.