Un modello di sistema terrestre guidato dalla rete neurale ha portato l'Università della California, Gli oceanografi di Irvine giungono a una conclusione sorprendente:le popolazioni di fitoplancton cresceranno nelle acque a bassa latitudine entro la fine del 21° secolo.

L'esito inaspettato della simulazione è in contrasto con la convinzione di vecchia data di molti nella comunità scientifica ambientale che il futuro cambiamento climatico globale renderà gli oceani tropicali inospitali per il fitoplancton, che sono alla base della catena alimentare acquatica. I ricercatori dell'UCI forniscono le prove delle loro scoperte in un documento pubblicato oggi in Geoscienze naturali .

L'autore senior Adam Martiny, Professore UCI in oceanografia, ha spiegato che il pensiero prevalente sulla biomassa fitoplanctonica si basa su un oceano sempre più stratificato. Il riscaldamento dei mari inibisce la miscelazione tra lo strato freddo più pesante nell'acqua calda profonda e più leggera più vicina alla superficie. Con una minore circolazione tra i livelli, meno nutrienti raggiungono gli strati più alti dove possono essere raggiunti dal plancton affamato.

"Tutti i modelli climatici hanno questo meccanismo integrato, e ha portato a queste previsioni ben consolidate che la produttività del fitoplancton, la biomassa e l'esportazione nell'oceano profondo diminuiranno con il cambiamento climatico, " ha detto. "I modelli del sistema terrestre sono in gran parte basati su studi di laboratorio del fitoplancton, ma ovviamente gli studi di laboratorio sul plancton non sono il vero oceano."

Secondo Martina, gli scienziati tradizionalmente spiegano il plancton misurando la quantità di clorofilla nell'acqua. C'è molto meno materiale verde nelle regioni a bassa latitudine che sono molto calde rispetto alle regioni più fredde più lontane dall'equatore.

"Il problema è che la clorofilla non è tutto ciò che è in una cellula, ed effettivamente a basse latitudini, molti plancton sono caratterizzati dall'avere una quantità molto piccola di esso; c'è così tanta luce del sole, il plancton ha bisogno solo di poche molecole di clorofilla per ottenere energia sufficiente per crescere, " ha osservato. "In realtà, abbiamo avuto finora pochissimi dati per dimostrare effettivamente se c'è più o meno biomassa nelle regioni in fase di stratificazione. Di conseguenza, la base empirica per una minore biomassa nelle regioni più calde non è così forte".

Questi dubbi hanno portato Martiny e i suoi colleghi dell'UCI a condurre il proprio censimento del fitoplancton. Analizzando campioni da più di 10, 000 località in tutto il mondo, il team ha creato una sintesi globale dei principali gruppi di fitoplancton che crescono nelle regioni calde.

La stragrande maggioranza di queste specie sono cellule molto piccole note come picofitoplancton. Dieci volte più piccolo di diametro rispetto ai ceppi di plancton che si troverebbero al largo della costa della California, e 1, 000 volte meno voluminosi:i picofitoplancton sono comunque numerosi, che costituiscono l'80-90% della biomassa di plancton nella maggior parte delle regioni calde.

Il gruppo ha costruito mappe globali e confrontato la quantità di biomassa lungo il gradiente di temperatura, un parametro fondamentale, secondo Martina. Condurre un'analisi di apprendimento automatico per determinare la differenza ora rispetto all'anno 2100, hanno trovato una grande sorpresa:"In molte regioni ci sarebbe un aumento dal 10 al 20 percento della biomassa di plancton, piuttosto che un declino, " ha detto Martina.

"L'apprendimento automatico non è influenzato dalla mente umana, " ha detto. "Diamo al modello tonnellate e tonnellate di dati, ma possono aiutarci a sfidare i paradigmi esistenti".

Una delle teorie che il team ha esplorato per spiegare la crescita, con l'aiuto del coautore Francois Primeau, Professore UCI di scienze del sistema terrestre, aveva a che fare con ciò che accade al fitoplancton alla fine del loro ciclo di vita.

"Quando il plancton muore, specialmente queste piccole specie, restano lì per un po' più a lungo, e forse ad alta temperatura altro plancton può degradarli più facilmente e riciclare i nutrienti per costruire nuova biomassa, " ha detto Martina.

Tali caratteristiche dell'ecosistema non sono facilmente prese in considerazione dai tradizionali, modelli meccanicistici del sistema Terra, secondo Martina, ma facevano parte del set di dati geograficamente diversificato che il team ha utilizzato per addestrare il suo modello di nicchia quantitativo derivato dalla rete neurale.

Martiny ha affermato che questo studio come follow-up della ricerca pubblicata la scorsa estate è un'ulteriore prova della diversità e della resilienza del fitoplancton.

"Potremmo ovviamente lasciare che il cambiamento climatico sfugga di mano ed entrare in un territorio completamente inesplorato, e poi tutte le scommesse sono spente, " disse. "Ma almeno per un po', Penso che le capacità di adattamento in queste diverse comunità di plancton le aiuteranno a mantenere un'elevata biomassa nonostante questi cambiamenti ambientali".

Insieme a Martiny e Primeau c'erano i colleghi autori Pedro Flombaum, ex ricercatore post-dottorato UCI e successivamente visiting scholar in Scienze del sistema terrestre (attualmente professore all'Università di Buenos Aires, Argentina), e Weilei Wang, Ricercatore post-dottorato UCI in Scienze del Sistema Terra. Lo studio ha ricevuto il sostegno del programma Ten Big Ideas della National Science Foundation e dell'Ufficio per la ricerca biologica e ambientale del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti.