Gli scienziati campionano un tappeto marrone di fitoplancton aggregato. Attestazione:Katrin Schmidt
Secondo una ricerca dell'Università dell'East Anglia e dell'Earlham Institute, è probabile che il riscaldamento globale causi bruschi cambiamenti a importanti comunità di alghe a causa dello spostamento dei confini del "punto di rottura" della biodiversità negli oceani.
Un nuovo studio, pubblicato oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura , rileva che, poiché il cambiamento climatico estende l'emisfero caldo, si prevede che questi confini si sposteranno verso i poli nei prossimi 100 anni.
Invece di un graduale cambiamento nella diversità microbica dovuto al riscaldamento, i ricercatori suggeriscono che accadrà più bruscamente in quelli che chiamano "punti di rottura" - ovunque la temperatura dell'oceano superiore sia di circa 15 gradi in media annuale, separa le acque fredde da quelle calde.
Il Regno Unito è una delle aree con maggiori probabilità di essere gravemente colpite, e più improvvisamente di quanto si pensasse. Ma il team afferma che i cambiamenti potrebbero essere fermati se agiamo rapidamente per fermare il cambiamento climatico.
Prof Thomas Mock, dalla Scuola di Scienze Ambientali dell'UEA, ha dichiarato:"Le alghe sono essenziali per mantenere un ecosistema sano per bilanciare la vita oceanica. Assorbendo energia dalla luce solare, anidride carbonica e acqua, producono composti organici per la sopravvivenza della vita marina.
"Questi organismi sono alla base di alcune delle più grandi reti alimentari sulla Terra e guidano i cicli biogeochimici globali.
"Responsabile di almeno il 20 percento della fissazione globale annuale del carbonio, le variazioni di temperatura potrebbero avere un impatto significativo sulle alghe che i nostri sistemi marini, da cui dipendono la pesca e la biodiversità oceanica.
Poiché la temperatura media della superficie del mare aumenta a causa dei cambiamenti climatici, Thomas Mock ha visto il cambiamento della vita acquatica, ad esempio questo branzino europeo, al largo della costa sud-orientale dell'Inghilterra. Il branzino europeo ha un intervallo di temperatura ottimale di circa 50-77 gradi Fahrenheit, mentre il merluzzo, iconico per la sua popolarità nei negozi di fish-and-chip del Regno Unito, preferisce vivere tra i 34 ei 59 gradi Fahrenheit. Credito:Thomas Mock
"Volevamo capire meglio come la crisi climatica sta influenzando le alghe in tutto il mondo dall'Artico all'Antartico".
La ricerca è stata condotta da scienziati dell'UEA in collaborazione con il Joint Genome Institute (JGI, US Department of Energy) (DOE), Stati Uniti) e l'Earlham Institute (Regno Unito).
Lo studio principale è stato condotto in più di 10 anni da un team internazionale di 32 ricercatori, da istituzioni tra cui l'Università di Exeter nel Regno Unito e l'Istituto Alfred Wegener per la ricerca polare e marina in Germania.
Ha coinvolto la prima analisi da polo a polo di come le alghe (fitoplancton eucariotico) ei loro geni espressi sono distribuiti geograficamente negli oceani. Così, il team ha studiato come la loro attività genetica sta cambiando a causa delle condizioni ambientali nell'oceano superiore da un polo all'altro.
Poiché l'oceano superiore sta già subendo un riscaldamento significativo a causa dell'aumento di CO 2 livelli, i ricercatori hanno stimato come la distribuzione di queste comunità di alghe potrebbe cambiare sulla base di un modello dell'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 5 ns Rapporto di valutazione.
La diversità e l'attività genica delle comunità algali sono modellate dalle interazioni con organismi unicellulari microscopici, o procarioti, come parte di microbiomi complessi.
I ricercatori hanno scoperto che queste comunità globali possono essere suddivise in due gruppi principali:organismi che vivono principalmente in acque fredde polari e calde non polari.
Scienziati campionano comunità di fitoplancton sotto il ghiaccio utilizzando una "sedia da mummia". Le comunità sotto il ghiaccio sono vitali per, Per esempio, krill e altri organismi che si nutrono sotto il ghiaccio. Attestazione:Katrin Schmidt
I modelli geografici sono meglio spiegati dalle differenze nella struttura fisica dell'acqua (ad esempio, freddo stagionalmente misto contro acqua calda permanentemente stratificata) dell'oceano superiore causata da gradienti di temperatura latitudinali.
Gli organismi sono stati analizzati attraverso l'estrazione di acidi nucleici e il sequenziamento di DNA e mRNA di campioni raccolti durante quattro crociere di ricerca nell'Oceano Artico, Oceano Nord Atlantico, Oceano Atlantico Meridionale e Oceano Meridionale.
Il professor Mock ha dichiarato:"Sforzi internazionali significativi hanno fornito informazioni su ciò che guida la diversità di questi organismi e la loro biogeografia globale nell'oceano globale, però, c'è ancora una comprensione limitata delle condizioni ambientali responsabili delle differenze tra le comunità di specie locali su larga scala da un polo all'altro.
"I nostri risultati forniscono nuove informazioni su come le mutevoli condizioni ambientali sono correlate ai cambiamenti della biodiversità soggetti a fluttuazioni e disturbi ambientali su larga scala. Questa conoscenza è essenziale per prevedere le conseguenze del riscaldamento globale e quindi può guidare la gestione ambientale.
"Possiamo aspettarci che i sistemi marini nel Regno Unito e in altri paesi a questa latitudine siano gravemente colpiti, e più improvvisamente di quanto si pensasse.
"Il più grande cambiamento dell'ecosistema avverrà quando le comunità di microalghe marine e i loro batteri associati in tutto il Regno Unito saranno sostituiti dalle loro controparti di acqua calda.
"Ciò dovrebbe essere causato dal confine dell'ecosistema che si sposta verso il polo o dal 'punto di rottura della biodiversità' che separa entrambe le comunità. Perché ciò avvenga, la temperatura media annuale dell'oceano superiore deve diventare più calda di 15°C.
Colorando l'acqua, l'alga Phaeocystis fiorisce a lato del recipiente di campionamento, Polare, nella regione temperata del Nord Atlantico. Attestazione:Katrin Schmidt
"Non è irreversibile però, se possiamo fermare il riscaldamento globale, " Ha aggiunto.
Co-autore Dr. Richard Leggett presso l'Earlham Institute, ha aggiunto:"Questo studio mostra anche quale ruolo importante hanno avuto i progressi nelle tecnologie di sequenziamento del DNA nella comprensione degli ecosistemi basati sull'oceano e, così facendo, aiutare i ricercatori a fare luce e ad affrontare alcune delle più grandi sfide ambientali che il pianeta deve affrontare".
Il lavoro è stato condotto da due ex dottorandi. studenti delle Scuole di Scienze Ambientali e Scienze Informatiche dell'UEA, Dr. Kara Martin (anch'essa con sede presso l'Earlham Institute) e Dr. Katrin Schmidt.
Il dott. Martin ha dichiarato:"Questi risultati suggeriscono che il confine ecologico più importante nell'oceano superiore separa i microbiomi algali polari da quelli non polari in entrambi gli emisferi, che non solo altera il ridimensionamento spaziale dei microbiomi algali, ma sposta anche i poli a causa del riscaldamento globale.
"Prevediamo che i "punti di rottura" della diversità microbica si sposteranno notevolmente verso i poli a causa del riscaldamento, in particolare intorno alle isole britanniche, con bruschi cambiamenti nei microbiomi algali causati dal cambiamento climatico indotto dall'uomo.
"Questa è stata un'esperienza meravigliosa e un'incredibile opportunità di lavorare con un magnifico team. Insieme, abbiamo analizzato un incredibile set di dati che espande la latitudine della nostra ricerca microbica sull'oceano, permettendoci di ottenere informazioni sul nostro oceano in trasformazione da un polo all'altro".
Il Dr. Schmidt ha dichiarato:"Durante le nostre crociere di ricerca abbiamo già notato comunità di alghe piuttosto diverse da acque calde a fredde. Questa scoperta iniziale è stata supportata dai nostri risultati che suggeriscono che il confine ecologico più importante nell'oceano superiore separa i microbiomi algali polari da quelli non polari. in entrambi gli emisferi. E, cosa più importante, questo confine non solo altera il ridimensionamento spaziale dei microbiomi algali, ma si sposta anche verso i poli a causa del riscaldamento globale".
Un curioso orso polare vicino alla Groenlandia controlla il rompighiaccio Polarstern. Orsi polari, che si nutrono di foche, fanno parte della rete alimentare dell'oceano artico minacciata dal cambiamento climatico. Attestazione:Katrin Schmidt
Professor Tim Lenton, dell'Università di Exeter ha dichiarato:"Mentre l'oceano si riscalda con il cambiamento climatico in questo secolo, prevediamo che il 'punto di rottura' tra freddo, comunità di microalghe polari e calde, le comunità di microalghe non polari si sposteranno verso nord attraverso i mari intorno alle isole britanniche.
"Poiché le microalghe sono fondamentali per la base della catena alimentare, possiamo aspettarci grandi cambiamenti nel resto dell'ecosistema marino, con implicazioni per la pesca, così come la conservazione marina.
"La 'pompa biologica del carbonio' per cui l'oceano assorbe l'anidride carbonica dall'atmosfera cambierà con questo cambiamento nelle comunità di microalghe, molto probabilmente diventando meno efficace, il che potrebbe a sua volta un feedback per amplificare il riscaldamento globale".
Il sequenziamento è stato effettuato presso il JGI come parte del progetto del programma scientifico comunitario Sea of Change:Eukaryotic Phytoplankton Communities in the Arctic Ocean.
"La differenziazione biogeografica dei microbiomi algali nell'oceano superiore da un polo all'altro" è pubblicata in Comunicazioni sulla natura il 16 settembre, 2021.
