Ευπάθεια των μηχανικών θαλάσσιων οικοσυστημάτων της Ανταρκτικής με σκελετική περιεκτικότητα σε μαγνήσιο σε έναν κόσμο που αλλάζει

Οι ωκεανοί επηρεάζονται από την κλιματική αλλαγή από την αύξηση του ατμοσφαιρικού CO₂ επίπεδα και αυξανόμενη ρύπανση (π.χ. υδρογονάνθρακες πετρελαίου και βαρέα μέταλλα) από ανθρώπινες δραστηριότητες, που οδηγεί σε αυξήσεις στη θερμοκρασία του θαλασσινού νερού και αλλαγές στη χημεία των ωκεανών (π.χ. μείωση του pH ή οξίνιση των ωκεανών). Η οξίνιση και η ρύπανση των ωκεανών απειλούν τους θαλάσσιους ασβεστοποιητές όπως τα κοράλλια, τα βρυόζωα, τα μαλάκια και το πλαγκτόν που δημιουργούν το ανθρακικό τους ασβέστιο (CaCO₃ ) σκελετούς/κοχύλια, καθιστώντας δυσκολότερη την κατασκευή σκελετών/κελυφών (λιγότερο ανθρακικό στο θαλασσινό νερό) ή ακόμη και κάνοντας το θαλασσινό νερό διαβρωτικό σε ορισμένα είδη όταν τα επίπεδα ανθρακικών πέφτουν κάτω από τα σημεία κορεσμού.

Μερικά είδη μπορούν να ενσωματώσουν υψηλές ποσότητες μαγνησίου (Mg) στους ασβεστοποιημένους σκελετούς τους, καθιστώντας τους ακόμη πιο διαλυτούς και επομένως είναι δυνητικά πιο ευαίσθητα στη μείωση του pH. CO₂ είναι πολύ πιο διαλυτό σε κρύα νερά, το οποίο μπορεί να δεσμεύσει περισσότερο ατμοσφαιρικό CO₂ , με αποτέλεσμα ταχύτερους ρυθμούς οξίνισης στα πολικά νερά και χαμηλότερο pH και συγκεντρώσεις ανθρακικών ιόντων (CO₃ ).

Επιπλέον, οι οργανισμοί σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη εμφανίζουν βραδύτερο μεταβολισμό, ανάπτυξη και ανάπτυξη προνυμφών και κατά συνέπεια έχουν πιο αργές διαδικασίες αποτοξίνωσης και βραδύτερους ρυθμούς αποικισμού. Οι θαλάσσιοι ασβεστοποιητές που ζουν σε πολικές περιοχές μπορεί επομένως να είναι πιο ευάλωτοι στην οξίνιση των ωκεανών, η οποία όταν συνδυάζεται με άλλους στρεσογόνους παράγοντες όπως η μόλυνση, θα μπορούσε να έχει αρνητικά συνεργιστικά αποτελέσματα. Αυτοί οι οργανισμοί αποτελούν σημαντικά συστατικά των θαλάσσιων οικοσυστημάτων και μπορούν να λειτουργήσουν ως μηχανικοί οικοσυστημάτων δημιουργώντας ενδιαιτήματα ασβεστολιθικών υφάλων που χρησιμοποιούνται ως καταφύγιο, υπόστρωμα και τροφή για πολλούς βενθικούς οργανισμούς.

Τα βρυόζωα και τα σπιρορβίδια είναι θαλάσσιοι ασβεστοποιητές που βρίσκονται σε πολλούς θαλάσσιους βενθικούς οικοτόπους. Μεμονωμένα, και τα δύο είναι μικρά φίλτρα τροφοδοσίας, αλλά τα βρυόζωα γενικά ζουν σε άμισχες αποικίες με ένα ευρύ φάσμα ασβεστοποιημένων σχημάτων (που κυμαίνονται από φύλλα επικάλυψης έως όρθιες διακλαδισμένες δομές που μοιάζουν με κοράλλια), ενώ τα σπιρορβίδια είναι άμισχα σκουλήκια που συνήθως χτίζουν μικροσκοπικούς λευκούς σπειροειδείς σωλήνες. Κατά τόπους, ωστόσο, αυτοί οι μικροσκοπικοί σωλήνες μπορούν να καλύψουν το υπόστρωμα ή ακόμα και να αποικίσουν σε μεγάλο βαθμό άλλους ζώντες οργανισμούς, όπως φύκια ή άλλους ασβεστοποιητές.

Για πρώτη φορά, εξετάσαμε τη χωροχρονική μεταβλητότητα της περιεκτικότητας σε Mg στους σκελετούς των κοινών βρυόζωων της Ανταρκτικής και των σπειροειδών. Αυτά προσαρτήθηκαν σε πλάκες οικισμού (πλακίδια) που ανακτήθηκαν μετά από 3 και 9 χρόνια από την ανάπτυξή τους σε περιοχές που επηρεάστηκαν από τον άνθρωπο και δεν επηρεάστηκαν γύρω από τον σταθμό Casey στην Ανατολική Ανταρκτική. Αυτού του είδους τα πειράματα συμβάλλουν στην κατανόησή μας για το πώς διαφορετικοί περιβαλλοντικοί και ανθρωπογενείς παράγοντες ενδέχεται να επηρεάσουν τους σκελετούς τους σε μελλοντικούς ωκεανούς με υψηλότερο CO₂ και χαμηλότερο pH. Βρέθηκε σημαντική χωρική μεταβλητότητα στην περιεκτικότητα σε σκελετικό Mg σε ορισμένα είδη, η οποία θα μπορούσε να αντικατοπτρίζει την τοπική διακύμανση του περιβάλλοντος σε μεταβλητές που επηρεάζουν την ασβεστοποίηση. Για παράδειγμα, η εισροή γλυκού νερού από το λιώσιμο των πάγων του καλοκαιριού (που μπορεί επίσης να μεταφέρει μολυσμένα ιζήματα στη θάλασσα) μπορεί να επηρεάσει τη χημεία του θαλασσινού νερού και, κατά συνέπεια, την ικανότητα των θαλάσσιων ασβεστοποιητών να δημιουργούν τα κελύφη τους.

Έχει αποδειχθεί προηγουμένως ότι μολυσμένα ιζήματα έχουν επηρεάσει βενθικές κοινότητες στην ίδια περιοχή που αναπτύχθηκαν αυτά τα πλακίδια οικισμού, αλλά δεν βρήκαμε στοιχεία που να υποδηλώνουν ότι αυτή η μόλυνση επηρεάζει την ορυκτολογία των ασβεστοποιητών σε αυτές τις περιοχές. Είναι ενδιαφέρον ότι δεν βρήκαμε καμία σημαντική χρονική διακύμανση στη σκελετική ορυκτολογία εντός των ειδών κατά την περίοδο των 6 ετών, υποδηλώνοντας ότι αυτά τα είδη θα μπορούσαν να είναι κατάλληλοι μακροπρόθεσμοι δείκτες των πιθανών επιπτώσεων της περιβαλλοντικής αλλαγής. Τώρα που καταλαβαίνουμε πόσο μεταβλητά είναι χωρικά και χρονικά, απαιτείται περαιτέρω έρευνα, όπως εργαστηριακά πειράματα, για να κατανοήσουμε πώς η ορυκτολογία τους ανταποκρίνεται στις περιβαλλοντικές αλλαγές.

Αναφορές:

1. Millero F, Woosley R, DiTrolio B, Waters J. Effect of Ocean Acidification on the Speciation of Metals in Seawater. Ωκεανογραφία. 2009; 22:72–85.
2. Fabry V, McClintock J, Mathis J, Grebmeier J. Ocean Acidification at High Latitudes:The Bellwether. Ωκεανογραφία. 2009; 22:160–171
3. Chapman PM, Riddle MJ. Λείπει και χρειάζεται:Polar marine ecotoxicology. Δελτίο Θαλάσσιας Ρύπανσης. 2003;46:927–928.
4. Orr JC, Fabry VJ, Aumont O, Bopp L, Doney SC, Feely R a, et al. Η ανθρωπογενής οξίνιση των ωκεανών κατά τον εικοστό πρώτο αιώνα και η επίδρασή της στους ασβεστοποιούμενους οργανισμούς. Φύση. 2005;437:681–686.
5. Andersson AJ, Mackenzie FT, Bates NR. Ζωή στο περιθώριο:Επιπτώσεις της οξίνισης των ωκεανών στους θαλάσσιους ασβεστοποιητές Mg-ασβεστίτη, μεγάλου γεωγραφικού πλάτους και κρύου νερού. Marine Ecology Progress Series. 2008;373:265–273.
6. Stark JS. Μοτίβα αποικισμού και ανάπτυξης υψηλότερων ταξινομικών ομάδων σε άμισχα θαλάσσια βενθικά συγκροτήματα στο σταθμό Casey, Ανταρκτική, και η χρήση τους στην περιβαλλοντική παρακολούθηση. Marine Ecology Progress Series. 2008; 365:77–89.