Что физиология фитопланктона может рассказать о глобальном климате

Новое моделирование показывает, что изменения в физиологии морского фитопланктона, особенно в потреблении питательных веществ, могут влиять на химический состав океана и атмосферы, воздействуя на глобальный климат. Исследование подчеркивает важность вариабельного соотношения элементов C:N:P у фитопланктона для регуляции растворенных питательных веществ в океане в глобальном масштабе.

Фитопланктон играет ключевую роль в глобальном углеродном цикле. Его рост зависит от азота (N) и фосфора (P), а стереометрия фитопланктона определяет пропорции элементов C, N и P в организмах. В 1930-х годах Альфред Редфилд обнаружил, что соотношение этих элементов в фитопланктоне и морской воде удивительно схоже (~106:16:1), что породило вопрос о причинно-следственной связи между этими пулами.

Ученые из GEOMAR провели моделирование с использованием компьютерной модели физиологии водорослей, сопряженной с моделью земной системы. Было выполнено 400 симуляций, варьирующих минимальное содержание N и P, необходимое водорослям для выживания. Результаты выявили сложные механизмы обратной связи, связывающие содержание элементов в фитопланктоне, уровень кислорода в океане, фиксацию N₂ и денитрификацию.

Модельные результаты ставят под сомнение гипотезу о жесткой связи соотношений в фитопланктоне и морской воде. Сходство, наблюдаемое сегодня, — это специфическое состояние, которое может изменяться в масштабах времени, не охватываемых десятилетиями наблюдений in situ. Более того, анализ показывает потенциально существенное влияние физиологии фитопланктона на уровень атмосферного CO₂ в геологических масштабах времени.

«Наши результаты демонстрируют, что концентрация атмосферного CO₂, а также температура океана и воздуха заметно чувствительны к вариациям в элементной стереометрии, вызванным изменениями в физиологии фитопланктона», — объясняют авторы. Понимание этих связей поможет делать более точные прогнозы об эволюции климата и экосистем планеты.