Πώς θα επηρεάσουν τα φύκια οι μελλοντικές επιπτώσεις της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής στους ωκεανούς μας;
Οι ανθρώπινες δραστηριότητες αυξάνουν το CO2 συγκέντρωση (μεταξύ άλλων αερίων του θερμοκηπίου) στην ατμόσφαιρα για περίπου 250 χρόνια, και ήδη υποφέρουμε από τις επιπτώσεις της σε παγκόσμια βάση. Η πιο άμεση από αυτές τις επιπτώσεις είναι η παγκόσμια αύξηση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας του αέρα. Τα μοντέλα παγκόσμιας κυκλοφορίας προβλέπουν αύξηση μεταξύ 1,5 °C και άνω των 5 °C μέχρι το έτος 2100. Οι ωκεανοί επηρεάζονται επίσης. Η υπερθέρμανση του πλανήτη αναμένεται να αυξήσει τη θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας κατά 1 °C έως 7 °C την ίδια χρονική περίοδο.
Η αύξηση της θερμοκρασίας στους ωκεανούς επηρεάζει τη θαλάσσια ζωή και τα οικοσυστήματα, αλλά συνοδεύεται από ένα άλλο πρόβλημα που προκαλείται από την αύξηση του CO2 :το λέμε οξίνιση των ωκεανών. Ατμοσφαιρικό CO2 διαλύεται και αντιδρά με το θαλασσινό νερό, σχηματίζοντας τις χημικές ενώσεις που ονομάζουμε ανθρακικό σύστημα. Ουσιαστικά, CO2 και το νερό αντιδρούν για να σχηματίσουν ανθρακικό οξύ, το οποίο γρήγορα διασπάται σε διττανθρακικό, απελευθερώνοντας ένα πρωτόνιο. Αυτό το διττανθρακικό ιόν μπορεί να διασπαστεί σε ένα ανθρακικό ιόν με την απελευθέρωση ενός άλλου πρωτονίου. Αυτές οι αντιδράσεις είναι αναστρέψιμες και σε ισορροπία, αποτελώντας την κύρια πηγή της ικανότητας του θαλασσινού νερού να διατηρεί σταθερό το pH του. Καθώς εμείς οι άνθρωποι έχουμε καταφέρει να αυξήσουμε την ποσότητα του CO2 στην ατμόσφαιρα, περισσότερο από αυτό το αέριο διαλύεται στο θαλασσινό νερό, αλλάζοντας τις χημικές ισορροπίες του ανθρακικού συστήματος.
Η πιο αξιοσημείωτη από αυτές τις αλλαγές είναι η μείωση του pH του θαλασσινού νερού:το μέσο pH ήταν περίπου 8,2, αλλά αυτή η τιμή τώρα είναι κάτω από 8,1. Μια περαιτέρω μείωση περίπου 0,3-0,5 μονάδων προβλέπεται πριν από το τέλος του 21ου αιώνα, μετατοπίζοντας το pH του θαλασσινού νερού προς το όξινο άκρο της κλίμακας pH (η κλίμακα pH πηγαίνει από 0 έως 14, με τιμές <7, όξινο και> 7, βασικό):επομένως, οξίνιση των ωκεανών. Επίσης, οι σχετικές συγκεντρώσεις των διαφορετικών ενώσεων που σχηματίζουν το ανθρακικό σύστημα αλλάζουν με το pH, με συνολική μείωση των ανθρακικών ιόντων και αύξηση των διττανθρακικών ιόντων και του CO2 .
Η οξίνιση των ωκεανών επηρεάζει δυνητικά όλη τη θαλάσσια ζωή, από το φυτοπλαγκτόν έως τα ψάρια, αλλά ιδιαίτερα τα ασβεστοποιούμενα είδη (κοράλια, εχινόδερμα, μαλάκια, ασβεστούχα φύκια…). Σε χαμηλότερα επίπεδα pH, αυτοί οι οργανισμοί πρέπει να ξοδέψουν περισσότερη ενέργεια για να χτίσουν τις δομές τους, οι οποίες μπορεί ακόμη και να διαλυθούν. Έχει επενδυθεί μεγάλη προσπάθεια στη διερεύνηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής και της οξίνισης των ωκεανών στο θαλάσσιο περιβάλλον.
Τα φύκια είναι βασικοί παράγοντες δημιουργίας οικοσυστημάτων σε περιοχές με ρηχά νερά. Σε αυτά τα περιβάλλοντα, προσλαμβάνουν ανόργανο άνθρακα από τη δεξαμενή του ανθρακικού συστήματος όταν εκτελούν φωτοσύνθεση (αυξάνοντας το pH) και απελευθερώνουν CO2 με την αναπνοή (μείωση του pH), έτσι το pH του θαλασσινού νερού ρυθμίζεται επίσης από τη βιολογική δραστηριότητα. Αυτά τα περιβάλλοντα, όταν είναι πλούσια σε παραγωγούς όπως φύκια και θαλάσσιο χόρτο, μπορούν να συμβάλουν στον μετριασμό των επιπτώσεων της οξίνισης των ωκεανών, αυξάνοντας το pH του θαλασσινού νερού και λειτουργώντας ως καταφύγια για είδη που επηρεάζονται αρνητικά.
Αναμένουμε ότι οι ωκεανοί του μέλλοντος θα έχουν υψηλότερο CO2 συγκέντρωση (χαμηλότερο pH) και δείχνουν υψηλότερη θερμοκρασία, άρα, πώς θα επηρεάσουν αυτά τα συνδυασμένα στρεσογόνα τα μακροφύκη; Η κατανόηση αυτού είναι το κλειδί για την αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο η κλιματική αλλαγή θα αλλάξει τα παράκτια οικοσυστήματα, γι' αυτό πραγματοποιήσαμε ένα πείραμα που συνδυάζει τις επιδράσεις δύο από τους κύριους στρεσογόνους παράγοντες της (pH και θερμοκρασία) σε ορισμένα βασικά είδη μακροφυκών για να συμβάλουμε στην αντιμετώπιση αυτού του ερωτήματος.
Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στα Κανάρια Νησιά, μια υποτροπική περιοχή που έχει ένα μείγμα εύκρατων και τροπικών χαρακτηριστικών. Υποβάλαμε άτομα από έξι διαφορετικά είδη φυκιών (Cystoseira abies-marina, Lobophora variegata, Pterocladiella capillacea, Canistrocarpus cervicornis, Padina pavonica, και Corallina caespitosa ) σε ένα σύνολο συνδυασμένων συνθηκών θερμοκρασίας και pH, τόσο πραγματικών όσο και αναμενόμενων για το τέλος του αιώνα (19, 21, 23, 25 °C, pH:8,1, 7,7 και 7,4) και εκτιμώμενη παραγωγή και αναπνοή αυτών των φυκιών που μετρούν το οξυγόνο διακύμανση στο θαλασσινό νερό.
Βρήκαμε ότι τα είδη που μελετήθηκαν ήταν πιο παραγωγικά σε χαμηλότερα επίπεδα pH από ό,τι υπό πραγματικές συνθήκες, επομένως η οξίνιση των ωκεανών από μόνη της ενίσχυσε την παραγωγή τους. Η εξήγηση είναι ότι όταν περισσότερο CO2 προστίθεται στο θαλασσινό νερό, η ποσότητα του ανόργανου άνθρακα που είναι διαθέσιμη για τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς αυξάνεται, επομένως η παραγωγή τους μπορεί να ενισχυθεί. Αν και τα μακροφύκη που μελετήσαμε επωφελήθηκαν από αυτήν την κατάσταση, αυτή η επίδραση εξαρτάται από τους διαφορετικούς μηχανισμούς που χρησιμοποιούνται για την πρόσληψη του ανόργανου άνθρακα, επομένως δεν θα επωφεληθούν όλα τα είδη από αυτήν την επιπλέον πηγή άνθρακα.
Η θερμοκρασία είχε διαφορετικά αποτελέσματα ανάλογα με το είδος. Μερικά από τα φύκια μας παρήγαγαν περισσότερο οξυγόνο (αντίστοιχο για την πρωτογενή παραγωγή) όταν αυξήσαμε τη θερμοκρασία, ενώ το αντίθετο συνέβη με άλλα. Lobophora variegata , σημαντικός μηχανικός οικοσυστημάτων στην υπό μελέτη περιοχή, ήταν μεταξύ των ειδών που επωφελήθηκαν από υψηλότερα επίπεδα θερμοκρασίας, επομένως αυτό το φύκι μπορεί να ευδοκιμήσει σε μελλοντικό σενάριο με περισσότερο CO2 και υψηλότερες θερμοκρασίες. Από την άλλη πλευρά, Cystoseira abies-marina , ένα άλλο σημαντικό βασικό είδος του οποίου ο πληθυσμός βρίσκεται ήδη σε ύφεση στην περιοχή μελέτης, παρουσίασε εύκρατα χαρακτηριστικά και παρήγαγε λιγότερο στα υψηλότερα επίπεδα θερμοκρασίας.
Τα αποτελέσματα που λάβαμε υποδηλώνουν ότι σε θερμές-εύκρατες περιοχές αναμένεται ένα μέλλον με πιο παραγωγικά παράκτια οικοσυστήματα, αλλά η σύσταση του είδους μπορεί να αλλάξει προς τα τροπικά χαρακτηριστικά, κυρίως λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας. Τα εύκρατα είδη μπορεί να αντικατασταθούν από φύκια που αποδίδουν καλύτερα σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Φυσικά, τέτοια εργαστηριακά πειράματα έχουν τους περιορισμούς τους:περιορισμένη διάρκεια, δυσκολία στη μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ειδών, παράβλεψη των επιπτώσεων του εγκλιματισμού, κ.λπ. Η έρευνα πρέπει να συμπληρώνεται με in situ πειράματα. Τα τελευταία χρόνια, πειραματισμοί σε φυσικό CO2 αεραγωγούς ηφαιστειακής προέλευσης όπου το CO2 Η περιεκτικότητα σε θαλασσινό νερό είναι φυσικά υψηλότερη έχει γίνει μια σημαντική πηγή πληροφοριών για τους μελλοντικούς ωκεανούς.
Ο αριθμός CO2 Οι αεραγωγοί που είναι κατάλληλοι για τη μελέτη της οξίνισης των ωκεανών είναι περιορισμένοι (υπάρχουν περίπου δεκαπέντε στον κόσμο), αλλά ένας από αυτούς το ηφαιστειακό CO2 πρόσφατα ανακαλύφθηκαν αεραγωγοί στη Λα Πάλμα, ένα από τα Κανάρια Νησιά. Αυτός ο εξαερισμός έχει τα σωστά χαρακτηριστικά για να είναι χρήσιμος στην έρευνα για την οξίνιση των ωκεανών:βρίσκεται σε περιοχές με ρηχά νερά, έχει το σωστό εύρος τιμών pH, από το πραγματικό έως το προβλεπόμενο για το εγγύς μέλλον, και καμία τοξική ουσία δεν συνοδεύει το CO 2 εκπομπών. Αναμένουμε ότι αυτή η τοποθεσία θα γίνει ένα φυσικό εργαστήριο που συμβάλλει στην κατανόηση των αλλαγών που επιφέρουν οι ανθρώπινες δραστηριότητες στο θαλάσσιο περιβάλλον.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Απόκριση μακροφυκών σε θερμότερο ωκεανό με υψηλότερη συγκέντρωση CO2, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Marine Environmental Research. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Celso A. Hernández, Carlos Sangil και José Carlos Hernández από το Universidad de La Laguna και Alessandra Fanai από το Università Degli Studi Di Sassari.
Αναφορές
- González-Delgado S. και Hernández JC (υπό έκδοση). Η σημασία των φυσικών οξινισμένων συστημάτων στη μελέτη της οξίνισης των ωκεανών:τι μάθαμε; Advances in Marine Biology, 80.
- Hernández CA, Sangil C, Hernández JC (2016). Ένας νέος αεραγωγός CO2 για τη μελέτη της οξίνισης των ωκεανών στον Ατλαντικό. Marine Pollution Bulletin 109, 419–426.
