De temperatuurgevoeligheid van Prochlorococcus marinus (afb: François Ribalet et al./Nature Climate Change)

De cyanobacterie Prochlorococcus produceert ongeveer een vijfde van de zuurstof op aarde maar dat heeft misschien zijn langste tijd gehad. Deze fytoplanktonsoort reageert verrassend gevoelig op warmte. Bij watertemperaturen van 28°C daalt zijn voortplanting drastisch, zo blijkt uit onderzoek. Dit zou ertoe kunnen leiden dat de wereldwijde productiviteit van Prochlorococcus tegen 2100 met zo’n 38% afneemt.
Oceaanfytoplankton vormt de basis van mariene voedselketens en is een belangrijke producent van zuurstof op aarde. Een van deze kleine zwemmende diertjes is Prochlorococcus marinus. Deze cyanobacterie is het kleinste maar meest voorkomende fotosynthetische planktonorganisme ter wereld. Dat komt voor in 75% van de bovenste lagen van de oceaan en is verantwoordelijk voor de helft van de zuurstofproductie in de zee. In subtropische en tropische zeeën is Prochlorococcus het meest voorkomende fytoplankton.

De kleine blauwalg gedijt goed in warm water en heeft weinig voedingsstoffen nodig om te groeien. “De oceaan in de tropen is zo prachtig blauw, weg van de kust, omdat er daar maar heel weinig leven is behalve Prochlorococcus“, zegt hoofdauteur François Ribalet van de universiteit Washington in Seattle. De cyanobacterie heeft zich in de loop van miljoenen jaren aangepast aan de voedselarme omstandigheden door zijn omvang te verkleinen en zijn genoom terug te brengen tot het hoogstnoodzakelijke.
Eén cruciale vraag is hoe Prochlorococcus reageert op de opwarming van de oceaan door klimaatverandering. De kennis daariver is grotendeels gebaseerd op labexperimenten met modelorganismen. Om een realistischer beeld te krijgen hebben de onderzoekers de afgelopen jaren onderzoek gedaan naar de dichtheid en verspreiding van de kleine cyanobacterie in verschillende delen van de Stille Oceaan.
Voor hun onderzoek voerden ze negentig meetreizen uit en verzamelden watermonsters uit de lichtovergoten waterlagen op een diepte van drie tot acht meter over een totale afstand van 200 000 kilometer die cruciaal zijn voor fytoplankton en fotosynthese.

De analyses toonden aan dat de kleine zuurstofproducent temperatuurgevoeliger is dan eerder werd gedacht. Terwijl de deelsnelheid en populatiedichtheid van Prochlorococcus exponentieel toenemen tot een watertemperatuur van 28°C, treedt er vervolgens een drastische daling op in de proliferatiesnelheid en -dichtheid.
Boven de 28°C neemt de celfrequentie af en daalt tot slechts de helft bij 30°C, constateerden de onderzoekers. Ze observeerden vergelijkbare resultaten in aanvullende laboratoriumexperimenten met dertien verschillende Prochlorococcus-stammen.

Deze gegevens doen vermoeden dat de belangrijke mariene zuurstofproducent Prochlorococcus gevoelig reageert op extreem warme zeetemperaturen. “Zijn temperatuurdrempel ligt veel lager dan we dachten”, zegt Ribalet. Prochlorococcus is ook kwetsbaarder, want temperatuurgevoeliger, dan andere tropische fytoplanktonsoorten. De onderzoekers schrijven dit toe aan het feit dat deze cyanobacterie in de loop van zijn evolutie veel genen heeft verloren die belangrijk zijn het aanpassingsvermogen van de bacterie.

Gevolgen

Veel zeegebieden warmen nu al op tot temperaturen boven de 28°C in de zomer, zoals de Golf van Mexico en de Middellandse Zee. Naarmate de aardopwarming voortschrijdt, zullen echter steeds meer zeegebieden zo warm worden.
De onderzoekers berekenden hoe dit Prochlorococcus zou kunnen beïnvloeden aan de hand van een rekenmodel voor zowel gematigde (RCP4.5) als ernstige klimaatverandering (RCP8.5).
“Tegen 2100 zal de productiviteit van Prochlorococcus in tropische gebieden met 17% tot 51% afnemen, afhankelijk van het opwarmingsscenario”, schrijven de onderzoekers. De hoeveelheid van deze kleine zuurstofproducent zou aanzienlijk kunnen afnemen, vooral in de tropen. In delen van de westelijke Stille Oceaan voorspelt het model zelfs een volledige ineenstorting van de populaties.

Tegelijkertijd verschuift het verspreidingsgebied van Prochlorococcus naar hogere breedtegraden. Dan nog zal hun aantal met 17% afnemen in het gematigde klimaatscenario en met 38% bij een sterkere opwarming, melden de onderzoekers.

Vervanger?

Theoretisch is het denkbaar dat andere fytoplanktonsoorten deze verliezen ten minste gedeeltelijk zouden kunnen compenseren. Zo zagen de onderzoekers dat de populatie van de op één na meest voorkomende cyanobacterie in tropische en subtropische mariene gebieden, Synechococcus, toeneemt met stijgende zeetemperaturen, zonder de daling bij 28°C van Prochlorococcus.

Synechococcus is echter groter en heeft meer voedingsstoffen nodig waardoor sommige zeegebieden ongeschikt zijn voor deze bacterie. Ribalet: “Als Synechococcus de overhand krijgt, is het nog steeds niet zeker of andere organismen er op dezelfde manier mee zullen kunnen omgaan als miljoenen jaren geleden met Prochlorococcus.”
Het verlies van Prochlorococcus zou daarom een ​​domino-effect kunnen hebben op de mariene voedselketens. Een recente studie toonde aan dat de biologische productie in de oceanen al meetbaar is afgenomen, vooral in tropische zeeën.

Bron: scinexx.de