Nová víceletá studie vědců z oceánografického institutu Woods Hole (WHOI) poprvé ukázala, jak změny teploty oceánů ovlivňují klíčový druh fytoplanktonu. Studie publikovaná v časopise Science z 21. října sledovala hladiny Synechococcu s - drobné bakterie běžné v mořských ekosystémech - poblíž pobřeží Massachusetts po dobu 13 let. Jak se během této doby teploty oceánů zvýšily, roční květy Synechococcus se objevily až o čtyři týdny dříve než obvykle, protože buňky se v teplejších podmínkách dělily rychleji, zjistila studie.
Posuny jako tyto by mohly mít velký dopad na mořské ekosystémy po celém světě, říká bioložka WHOI Heidi Sosik, která studii iniciovala. "Synechococcus a další fytoplankton jsou strážci. Mohou nám říci, jak ekosystém reaguje na změny klimatu," říká. „Pokud se teploty oceánů budou během příštího století dále oteplovat, některé ekosystémy by mohly být stále více ovládány malým fytoplanktonem, což by nakonec vedlo k posunům, které by mohly ovlivnit živobytí větších druhů, jako jsou ryby, velryby a ptáci.“
Tento posun k menšímu fytoplanktonu však není jistý. Ačkoli Sosik a její kolegové viděli, že buňky Synechococcus se s oteplováním podmínek reprodukují rychleji než obvykle, celková velikost květu fytoplanktonu se v průběhu studie příliš nezvýšila. Jak bakterie rostly rychleji, tým zjistil, že je také rychleji konzumovali drobní prvoci, viry a další jednobuněčné organismy, které se živí synechokoky. Výsledkem bylo, že celkové úrovně bakterií zůstaly rok od roku zhruba stejné, ačkoli načasování květu se posunulo dříve nebo později, jak se měnila teplota vody.
"To nás překvapilo," říká Sosik. "Neočekávali jsme tak těsné spojení mezi Synechococcus a spotřebiteli, jak se jarní květ změnil. Ukazuje to, že spotřebitelé jsou schopni držet krok." V důsledku toho, říká, tato rovnováha vede k podobnému cyklu květu rok co rok, jen s posunem v načasování.
"Otázkou je, jak stabilní je tato rovnováha?," dodává Kristen Hunter-Cevera, hlavní autorka článku a absolventka společného programu MIT-WHOI v oceánografii. "Budou v budoucnu spotřebitelé schopni držet krok? Nesoulad je velkým problémem. Pokud se květ rozšíří nebo se přesune dříve během roku, organismy vyšší úrovně, které očekávají, že se budou živit těmito spotřebiteli v určitou roční dobu úplně mi chybí."
Tým WHOI byl schopen určit míru dělení Synechococcus pomocí matematického modelu a dat z automatizovaného senzoru vyvinutého Sosikovou a jejím kolegou z WHOI Robem Olsonem s názvem „FlowCytobot“, který nepřetržitě odebíral vzorky mořské vody po dobu 13 let. Zařízení konkrétně hledá fyzikální vlastnosti buněk Synechococcus, které mají průměr zhruba jeden mikrometr a obsahují sloučeniny, které pod laserovým světlem září oranžově a červeně. Sčítání buněk touto metodou umožnilo výzkumníkům najít pouze jeden druh fytoplanktonu mezi tisíci v mořské vodě – což je poprvé, kdy to dlouhodobý experiment tohoto druhu dokázal.
„Pohled na fyziologii na úrovni druhů je v mořské ekologii jakýmsi svatým grálem,“říká Sosik. "Každý druh interaguje se svým prostředím jiným způsobem, takže abychom porozuměli dopadům něčeho, jako je teplota, je důležité, abychom se mohli podívat na jeden jediný. Dělat to každou hodinu, každý den, každý rok nám dalo velmi vysokou- obrázek s rozlišením. Nic takového tam není."
Dřívější experimenty sledovaly fytoplankton po dlouhou dobu pomocí satelitních snímků, poznamenává Sosik, ale tento druh dálkového průzkumu může výzkumníkům poskytnout pouze velký obrázek o všech druzích fytoplanktonu a nemůže odhalit, co se děje s specifický typ organismu. I stávající „zlatý standard“pro analýzu jednoho druhu fytoplanktonu – jeho ruční identifikace ve vzorcích mořské vody – má svá vlastní omezení.
I když tato metoda nabízí velmi přesný pohled na daný druh, říká Sosik, spoléhání se na vzorky z terénu může poskytnout pouze „snímek“jednoho konkrétního okamžiku v oceánu.
Flow Cytobot však nabízí to nejlepší z obou světů: je dostatečně citlivý na to, aby změřil změny u jednoho druhu, a může tak činit nepřetržitě, což výzkumníkům umožňuje vidět nepatrné změny v populaci fytoplanktonu po dlouhou dobu. „Nyní, když máme vhodnou technologii pro studium populací fytoplanktonu v časovém měřítku hodin až týdnů, získáváme mnohem lepší pochopení toho, co řídí produktivitu v pobřežních oceánských ekosystémech,“říká David Garrison, ředitel biologické oceánografie National Science Foundation. program, který poskytl finance na výzkum.
Skutečnost, že Flow Cytobot mohl měřit Synechococcus tak dlouho – a v tak pravidelných intervalech – byla umožněna jeho instalací na pobřežní observatoři Martha's Vineyard (MVCO), platformě přístrojů umístěných těsně u pobřeží ostrova Massachusetts. Mezi MVCO a malou laboratoří na pobřeží vedou kabely přenášející energii i data, což umožňuje senzorům na platformě zůstat ponořený po celý den a posílat aktualizace v reálném čase, když jsou provedena jakákoli měření.
Přestože je MVCO malá observatoř, poznamenává Sosik, mnohem větší oceánské observatoře se v současné době budují u pobřeží Tichého oceánu a Atlantiku USA a na dalších místech po celém světě. Tyto nové sítě mohou v budoucnu umožnit podobné studie a nabídnout podrobný pohled na oceánské ekosystémy po celém světě. "Dívat se na takové časové měřítko, v tomto rozlišení by bylo nemožné bez oceánských observatoří," říká Sosik. „Doufám, že budeme schopni investovat do takového typu vzorkovače a detekční technologie, která dokáže plně využít i tyto novější platformy. Je to skutečně mnohem sofistikovanější způsob měření ekosystémů než naše stávající metody."
