核心概念地球和它的资源收藏的文章发表:2020年9月17日

北极地区的食物网的底部是最重要的

作者

亚历山大·g·海沃德

约旦杰克Grigor

年轻的评论家

FDR-HB_Peru iGEM团队

文摘

随着地球气候变暖,最快速变化的区域是北冰洋和周边海域。气候变暖导致了许多变化,包括海冰的融化和下降的水被冰覆盖。这些变化影响生物食物链的各个层面。在本文中,我们解释了温度变化如何影响食品的质量可用于动物,生活在北极。我们专注于改变食物链的底部附近,包括微小的植物下面海冰内住,和小动物,漂移在北极海域。的数量和质量的变化最小的生物北冰洋影响较大的生物,如北极熊和鲸鱼。改变食物链的底部必须考虑如果我们要保护生物,叫北极的家。

北极气候变化如何影响

自从工业革命的开始,在200年前,地球的气候变化很大。温度上升速度比其他任何时间在过去的6500万年里!在最北部和南部的地球极地,北极和南极。这些都是地球最冷的地区,平均气温低于0°C。在冬天,海洋的表层冻结,形成所谓的海冰。海冰的范围可以从纸薄冰,很快融化,令人难以置信的厚冰,达到3米的高度,并能存活多年。海冰对气候有降温效果,作为冰箱温度并保持其他星球居住。

随着地球温度的增加,环境的反应的方式独特而令人担忧。在极地地区,大面积的海冰融化。一旦雪,白色的极地地区被转换成大面积的蓝色,开放的海洋。极地的气候变暖带来了很多问题需要回答。所以,让我们怀着对气温上升会如何影响北极的海洋生态系统。

浮游植物为什么如此重要?

在海洋生态系统的基础上,我们发现很小,但非常重要的是,形似植物在所有海洋生物,漂移。这些生物被叫做浮游植物。由于浮游植物的微观尺寸,他们测量微米(μm)的规模。1微米10000倍小于1厘米!

浮游植物通常生活在我们所说的透光层,简单地说,深处有足够的光光合作用。通过光合作用,吸收二氧化碳(有限公司₂从大气中)并产生氧气,就像陆地上的植物。在一起,浮游植物在世界上所有的海洋生产一半的地球的氧气。这是一个大量的氧气考虑到浮游植物构成<世界上1%的核电站生物质(1]!相比之下,大型植物像树木占大约70%的全球植物生物量没有生产大约相同数量的氧气微观浮游植物¹。为了演示多么顽强的浮游植物是,值得注意的是,他们已经存在很长时间。浮游植物的第一个信号是保存在岩石从澳大利亚西部大约35亿年前!

硅藻我们的海洋最大的浮游植物(图1)。他们可以是圆形或细长的植物和负责近20%的地球的光合作用。尽管硅藻主要生活在开放海域,他们也在奇怪的地方。已发现大量的硅藻在极地地区的海冰,住在咸,液体,冰通道有足够的营养和光线进行光合作用。当硅藻在冰他们不再是归类为浮游植物。因为它们是固定在一个地方,不漂移我们称之为ice-dwelling藻类或只是冰藻类。他们常常被困在冰海洋的表层开始冻结。找到冰藻类,冰核直径约10厘米的冰钻出。图2显示底部的冰核,里面有大量的藻类。

图1 -一个圆形的硅藻(左)2和浮游植物的社区(右)3酒吧规模近似的大小。 — 图1 -一个圆形的硅藻(左)²浮游植物和一个社区(右)³规模的酒吧是近似的大小。

图2 -一个冰芯显示海冰藻类(布朗冰层内),包括硅藻,居住在底部ice4 10厘米。 — 图2 -一个冰芯显示海冰藻类(布朗冰层内),包括硅藻、住宅底部10厘米内的冰⁴。

吃浮游植物是什么?

浮游动物在北极的“中间人”,表现分布养分的重要作用在食物网中生物,因为它们被大鱼吃掉(图3)。在人生的某个阶段,螃蟹,鱼,和鱿鱼都是海洋流浪者,因此称为浮游动物。硅藻是许多浮游动物的主要食物来源,因为它们含有很多营养物质给浮游动物的能源和原材料进行活动,如生长和繁殖。

图3——北极的海洋食物网[2]。 — 图3——北极的海洋食物网(2]。

浮游植物和藻类浮游动物吃了冰,反过来,浮游动物被极地鳕鱼,海鸟和露脊鲸。这表明浮游植物和浮游动物都是一个非常重要的食品供应的北极的生态系统。

在夏天,海冰融化冰存储在养分释放回大海。光也越来越普遍,因为海冰减少光反射到大气中。这些春天的变化有利于浮游植物、浮游动物和一切消耗这些bottom-of-the-food-web居民。由于浮游动物吃硅藻,浮游动物本身成为大型动物的营养,如鱼类、海鸟、和鲸鱼2]。如果浮游动物是不存在,其余的生态系统,包括人类在内的食品将面临巨大的损失。人类在因纽特人社区依靠鱼(浮游动物捕食者)和海豹(鱼捕食者)在北极10000多年!

有一个肮脏的方面尤其important-their便便的浮游动物。当浮游动物排泄身体的废物,它变成了一个对很多其他生物的食物来源。如果它不被吃掉,它最终会在海底,它存储碳数百万年来,减缓气候变化的过程中,并保持我们的星球很酷。

一组浮游动物在全世界的海洋生态系统尤为引人关注。的桡足类给他们的名字是由于他们的“豆荚”(或脚),形状就像用于划船的桨船。他们oar-like英尺(图4)帮助给这些微观动物英雄力量!桡足类能赢奖有一些在动物王国中最突出的特点。桡足类是最强大的动物,最快的跳投,和可能是最地球上众多类型的动物!许多桡足类的最喜欢的食物是浮游植物,必须住在海洋表面附近哪里有足够的阳光进行光合作用。吃浮游植物是好的,但并不总是安全的;鱼、鸟和其他食肉动物也猎杀在明亮的地表水,他们正在等待桡足类错误。每一天,桡足类应对天敌的威胁只有晚上进入浅水,当没有光。餐后,桡足类快速迁移到更深,更深的水域潜水捕食者才能看到它们。这每日迁移桡足类和其他浮游动物是地球上最大的生物质能迁移,一个巨大无比的日常运动生成深度数万,数百或数千米。

图4 - 2月Calanus桡足类采样(左)和6月(右)。 — 图4 -*Calanus*桡足类采样(左)和2月6月(右)。

尽管两种桡足类的长度相对类似的(4.4和4.8毫米),2月桡足动物整体小于6月桡足动物,和动物,2月接近结束冬眠,也含有更少的脂肪油囊(2019)。

一些最丰富的北冰洋桡足类是一组的成员Calanus。富含营养的脂肪后强烈的春季和夏季喂养,Calanus桡足类营养,一些海鸟,鱼,和鲸鱼旅游巨大的距离在海洋每年峡谷,通常在春季和夏季。当大多数的浮游植物和浮游动物吃掉,很多鸟,鱼,和哺乳动物离开北极,次年返回(但不是全部)。

黑暗中

暗月的冬季可能不是最好的时间是一个食草动物仅仅依赖光合作用植物为了生存!一些桡足类成为杂食动物在冬天,而另一些则完全停止进食,进入冬眠远低于海冰在安全水域。强烈的摄食高峰浮游植物丰度是至关重要的为构建必要的脂肪储存在冬天冬眠。桡足类可以看起来很不同的2月(冬季冬眠后和饥饿)相比,6月(喂)。在北极,在浮游植物之前醒来布鲁姆可以有利于桡足类。它允许他们以硅藻,挂在春天的海冰底部脱落。几个月的冬眠后,个体Calanus通常显得瘦,脂肪储备有限。只有在春季和夏季,喂食后Calanus桡足动物可以补充脂肪门店前的荣耀(图4)[3]!后回到algae-rich地表水春天,许多成功的桡足类繁殖在春季冰藻华,让他们的后代舱口在冰下面的浮游植物爆发发生几个月后(3]。这可能是后代生存的必要条件。

未来

研究人员认为,如果Calanus桡足类未能吃冰藻类、桡足动物种群的大小可能会大幅减少。随着海冰下降由于气候变化,这对桡足类重要的食物来源。长时间尺度、海冰损失和其他因素的浮游植物可以减少养分的供应正试图增长低于冰(4]。这种减少浮游植物的食物可能意味着更小的浮游植物将成为更多比更大、更有营养的硅藻。因此,而不是大量的高质量的食物像庞大的硅藻,桡足类在一个温暖,无冰的北极可能被迫要少吃有营养的,小的浮游植物。科学家们已经看到小生物在桡足动物和浮游植物群落5]。

预计北极的变化和我们能做什么来帮助他们

随着北极地区的变化,很可能我们可以看到粮食储备,如硅藻和其他浮游植物减少,同时也变得更小、更少的营养。最低的变化的一部分食物网可以为更大的动物产生巨大的影响。灭绝的物种食物链底部的可以可怕的消息专门捕食者,它们已进化到吃。浮游生物的数量和类型的变化影响人类和动物在许多直接和间接的方式,从空气质量的变化,我们如何与环境及其资源交互。用更少的浮游植物在北极,有限公司₂大气中二氧化碳含量的增加会导致我们的地球继续变暖。

作为一个社会,我们需要更多的了解我们的活动在家里,工作,或学校都可以影响生态系统的地方远离我们。微小的变化,比如步行或骑自行车代替开车可以大大有助于限制有限公司₂排放。研究项目像北冰洋的变化¹总部设在英国,是为政府和公众提供最新的关于北极的生物变化的信息。两组从改变北冰洋合作写这手稿,我们有额外的可用资源,如果你想了解更多信息⁵^,⁶。

术语表

浮游植物:↑一个漂浮植物进行光合作用。

光合作用:↑过程中,植物利用太阳的能量将二氧化碳和水转化成氧气和糖分。

生物质:↑有机体的总重量,或一组生物体在一个特定的地区。

硅藻:↑一个大型的浮游植物类型是浮游动物的重要食物来源。

浮游动物:↑漂流的动物无法游泳对洋流。

桡足类:↑一种浮游动物与桨状的脚。一种非常丰富的桡足动物Calanus。

Calanus:↑一些最丰富、营养的北冰洋桡足类属于这个组。

布鲁姆:↑快速增长的藻类和浮游植物。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

引用

[1]↑酒吧,y . M。,Phillips, R., and Milo, R. 2018. The biomass distribution on Earth.Proc。国家的。学会科学。美国115:6506-11。doi: 10.1073 / pnas.1711842115

[2]↑Darnis G。,Robert, D., Pomerleau, C., Link, H., Archambault, P., Nelson, R. J., et al. 2012. Current state and trends in Canadian Arctic marine ecosystems: II. Heterotrophic food web, pelagic-benthic coupling, and biodiversity.爬。改变115:179 - 205。doi: 10.1007 / s10584 - 012 - 0483 - 8

[3]↑低浓缩铀,E。,Søreide, J. E., Hessen, D. O., Falk-Petersen, S., and Bergebe, J. 2011. Consequences of changing sea-ice cover for primary and secondary producers in the European Arctic shelf seas: timing, quantity, and quality.掠夺。Oceanogr。90:18-32。doi: 10.1016 / j.pocean.2011.02.004

[4]↑李,W·k·W。,McLaughlin, F. A., Lovejoy, C., and Carmack, E. C. 2009. Smallest algae thrive as the Arctic Ocean freshens.科学326:539。doi: 10.1126 / science.1179798

[5]↑Falk-Petersen, S。研究发现,美国F。巴甫洛夫,V。,and Sargent, J. R. 2007. “Climate variability and possible effects on Arctic food chains. The role of Calanus,” in极地高山生态系统和人在变化的环境中,eds j·b·Ørbæk t . Tombre r . Kallenborn e . n . Hegseth s Falk-Petersen, a . h . Hoel(柏林:Springer)。p . 147 - 66。