Die Mikroben, die sich an der Meeresoberfläche an Partikel klammern, haben eine wichtige Aufgabe. Sie fahren mit, bis sie den Meeresboden erreichen und Kohlenstoff in die tiefsten Gewässer des Ozeans transportieren. Die Reise kann Wochen bis Monate dauern, doch die Schätzung der Geschwindigkeit war eine Herausforderung – bis jetzt.
Ein von der USC geleitetes Team internationaler Wissenschaftler hat herausgefunden, dass die Geschwindigkeit dieses Kohlenstofftransfers von der Größe und Art der Bakterien beeinflusst wird, die sich an den Partikeln festsetzen. Diese Entdeckung hat es den Forschern ermöglicht, ein Computermodell zur Abschätzung des Kohlenstofftransfers zu entwickeln, der Teil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs der Erde zur Stabilisierung des Klimas in den Ozeanen auf der ganzen Welt ist.
Diese Entdeckung, die am Montag in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, wirft ein besseres Licht auf die Art und Weise, wie Kohlenstoff – einschließlich der Verschmutzung durch Autos – aus der Atmosphäre in den Ozean und schließlich in die Tiefsee gelangt, so Naomi Levine, Assistenzprofessorin für Biowissenschaften, quantitative und computergestützte Biologie und Geowissenschaften am USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.
Die Kenntnis der Kohlenstofftransferrate könnte den Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie gut die Erde den Kohlenstoff in den tiefsten Teilen ihrer Ozeane zurückhält – oder ob ein Großteil des Kohlenstoffs, der normalerweise sinken würde, in die Atmosphäre zurückkehrt, so Levine.
“Dies ist das erste Mal, dass wir ein Modell zur Vorhersage der Dynamik des Kohlenstoffkreislaufs im Ozean erstellen konnten, das diese im Labor beobachteten mikroskaligen Prozesse berücksichtigt”, so Levine. “Wir zeigen, dass diese Prozesse eine große Rolle spielen.
Aufgrund der überragenden Rolle der Mikroben bei der Übertragung von Kohlenstoff sind die Wissenschaftler daran interessiert, auch ihre Kolonien und ihre Überlebensfähigkeit zu verstehen. Ohne sie “fällt der Kohlenstoff tiefer in den Ozean. Das wirkt sich darauf aus, wie viel CO2 in der Atmosphäre bleibt”, so Levine.
Manche mögen es heiß
Einigen Schätzungen zufolge speichert der Ozean 38.000 Gigatonnen Kohlenstoff – bis zu 16 Mal so viel wie in der Biosphäre der Erde. Kohlendioxid gehört zu dem Kohlenstoff, der in den Ozeanen landet. Es treibt zwar die Oberflächentemperaturen der Ozeane in die Höhe, ist aber für einige Lebewesen wie das Phytoplankton – die Pflanzen des Ozeans – unerlässlich. Steigendes CO2 macht das Wasser jedoch saurer, was das Überleben einiger Meeresorganismen bedrohen kann – darunter Korallen und Kelp, die die Hauptnahrung für das Meeresleben darstellen.
Das Forscherteam fand heraus, dass die Geschwindigkeit des Kohlenstoffsenkens im Ozean – und die Tiefe, in der die Übertragung stattfindet – auch davon abhängt, wie weit die Bakterien auf ihrer Lebensreise nach unten gelangen. Für einige Bakterien ist es eine relativ kurze Reise, und im Gegensatz zu den halb aufgefressenen Partikeln schaffen sie es nie in die Tiefsee, die mehr als 1.000 Meter von der Oberfläche entfernt ist. Gesunde Bakterienkolonien hingegen erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass der Kohlenstoff – der freigesetzt wird, wenn die hungrigen Anhalter Partikel fressen – an der Meeresoberfläche bleibt und in die Atmosphäre zurückkehrt.
“Bei diesen Bakterien gibt es eine hohe Sterblichkeits- oder Todesrate. Das wirkt sich auf die Geschwindigkeit aus, mit der sie diese Partikel abbauen können”, sagte Trang Nguyen, ein Mitautor der Studie und promovierter Mitarbeiter der USC Dornsife. “Indem sie die Partikel abbauen, geben sie auch Stickstoff und Phosphor wieder an das Ökosystem ab, was für den Kreislauf dieser Elemente von entscheidender Bedeutung ist.
Und wenn die Wissenschaftler wissen, welche Bakterien an welchen Stellen der Ozeane leben, könnten sie das Modell anpassen, um die lokale Rate des Kohlenstofftransfers besser vorherzusagen – oder die Freisetzung, je nachdem, ob die Bakterien gedeihen oder nicht.
Levine arbeitete mit Forschern des Massachusetts Institute of Technology, der UC San Diego und der ETH Zürich in der Schweiz zusammen. Die Arbeit wurde von der Simons Foundation finanziert.
Datum: März 31, 2022
Quelle: Universität von Südkalifornien
Journal Reference:
- Trang T. H. Nguyen, Emily J. Zakem, Ali Ebrahimi, Julia Schwartzman, Tolga Caglar, Kapil Amarnath, Uria Alcolombri, François J. Peaudecerf, Terence Hwa, Roman Stocker, Otto X. Cordero, Naomi M. Levine. Microbes contribute to setting the ocean carbon flux by altering the fate of sinking particulates. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-29297-2