Forscher knacken Meereis, um Arktisches Nahrungsnetz zu enthĂŒllen (VIDEO)

Charlie Heck, Multimedia-Nachrichtenredakteur bei der US National Science Foundation, hat diesen Artikel zu Live Science beigesteuert Experten-Stimmen: Op-Ed & Insights.

In einer Stadt in der Nähe der Spitze der Erde untersucht ein Team von Wissenschaftlern eine Kreatur am Boden der marinen Nahrungskette - mikroskopisch kleine Algen. In Barrow, Alaska, reisen die Meeresökologen über das Meereis, eine scheinbar desolate Landschaft, die sich mit dem Meeresleben paart. Mit Unterstützung der US National Science Foundation (NSF) sind Craig Aumack von der Columbia University und seine Mitarbeiter auf das Eis gekommen, um zu untersuchen, wie sich die Algen mit dem Meeresökosystem verbinden und welche Meeresorganismen davon abhängen.

Einige Algen leben den ganzen Winter im Eis, blühen auf, wenn der Frühlingssonnenschein einen Wachstumszyklus auslöst und schließlich auf den Grund des Eises abwandert und in die Wassersäule eindringt, wo sie vielen Meerestieren eine nahrhafte diätetische Nahrungsquelle bietet Organismen. In Zukunft könnte das sich ändernde Klima zu Störungen dieses Zyklus führen.

In der Arktis könnten die Algen als "Kanarienvogel in der Kohlemine" für den Klimawandel angesehen werden, sagte Aumack - die Mikroorganismen sind frühe Wächter eines sich wandelnden Ökosystems. [Uralte arktische Algen nehmen den Klimawandel in "Baumringen" auf]

Im Folgenden bietet Aumack eine Q + A mit Kontext für die Forschung. Erfahren Sie mehr in diesem Video unten und sehen Sie Bilder aus der Feldstudie in "Sea Ice Algae ist Staple of Arctic Food Chain (Galerie)."

NSF: Kannst du uns einen Eindruck vermitteln, wie ein typischer Tag in Alaska für dich und dein Team ist?

Aumack: Ein typischer Tag der Feldarbeit beginnt am Vorabend, wenn wir den Probenahmeplan besprechen und dann die Materialien und Ausrüstung organisieren, die wir am nächsten Tag auf dem Eis brauchen. Als erstes machen wir am nächsten Morgen eine Gruppe Mittagessen für das Feld, das normalerweise aus Suppe, Crackern, Müsliriegeln und anderen Snackartikeln besteht, die mit behandschuhten Händen leicht konsumiert werden können. Danach fahren wir zum Staging-Bereich (ein Lagerhaus, in dem alle Feldausrüstung gelagert ist), wo wir einen Schlitten mit all unserer Ausrüstung packen und uns für die Arbeit auf dem Meereis fit machen. Mit einem Guide und einem Bärenwächter (ein ausgebildeter Fachmann, der die Forscher begleitet, um das Team vor Bären zu schützen und sie über die Bärensicherheit aufzuklären), benutzen wir Schneemaschinen, um das Meereis zu unserem Feld zu durchqueren. Sobald wir dort sind, folgen wir in der Regel unserem vorbereiteten Plan, um das Eis sowie das Wasser und die Sedimente unter dem Eis zu untersuchen. Dazu gehört das Bohren von Eisbohrkernen, die Verwendung von Netzen zur Probenahme der Wassersäule, das Einsetzen von Sedimentgreifern zur Aufnahme von Organismen, die in den Sedimenten leben, und die Verwendung eines Kamerasystems für das Filmen unter dem Eis. Sobald alle Proben gesammelt sind, packen wir den Schlitten ein und fahren zurück ins Labor, wo Proben für zukünftige Laboranalysen sortiert, verarbeitet und gelagert werden. Es ist normalerweise ein langer Feldtag, der um 8:00 Uhr beginnt und von 8:00 bis 21:00 Uhr dauert. Normalerweise dauert es noch 1 bis 2 Tage im Labor, um die gesammelten Proben zu verarbeiten. Dann gehen wir wieder raus und sammeln frische Proben, denn während des arktischen Frühlings ändern sich die Bedingungen innerhalb des Eises recht schnell.

Es ist kalt und der Wind ist unberechenbar; Windgeschwindigkeiten und -geschwindigkeiten ändern sich sehr schnell. Die Wetterbedingungen ändern sich sehr schnell und Sie müssen sich dessen immer bewusst sein. Sie möchten sicher nicht zu weit draußen sein, wenn die Windgeschwindigkeit plötzlich ansteigt und es zu Whiteout-Bedingungen kommt. Sie müssen sich bewusst sein, dass die Umgebung, an der wir arbeiten, tatsächlich Meereis ist und sich verändert, wenn wir darauf stehen. Haben wir Angst, dass wir durchfallen werden? Nein, aber gibt es Risse, die sich hinter uns bilden? Ja. Sie müssen diesen Aspekt immer im Auge behalten. Es trägt sicherlich zur Wachsamkeit der Feldforschung auf dem Meereis bei.

NSF: Welche Organismen sind im Meeresökosystem von Algen abhängig?

C.A .: Ausgezeichnete Frage, die nicht leicht zu beantworten ist. Es ist eigentlich die Grundlage unserer Forschung, und genau das versuchen wir herauszufinden. Algen (sowohl in der Wassersäule als auch im Meereis) sind die Basis des Nahrungsnetzes in nearshore marinen Ökosystemen und sind daher unerlässlich für die Aufrechterhaltung der hohen Produktivität der arktischen Umgebungen. Wir versuchen jedoch wirklich, die Bedeutung der Meereis- gegen die Algen, die im Wasser leben, für verschiedene Arten von Verbrauchern (Organismen, die Energie durch den Verzehr anderer Organismen erhalten) zu unterscheiden. Wir haben einige Hinweise darauf, dass verschiedene Arten von Verbraucherorganismen, von einzelligen Räubern im Wasser bis zu Würmern und Krustentieren, die in den Sedimenten leben, es vorziehen, Eisalgen mit anderen Arten von Algen zu essen. Es ist möglich, dass die Eisalgen nahrhafter sind. Wir untersuchen noch, ob diese Präferenz eine notwendige Abhängigkeit ist und wie die Verbrauchergemeinschaften auf sich verändernde Meereisbedingungen reagieren würden, wenn Eisalgen weniger häufig würden.

NSF: Was ist der Unterschied zwischen eisbewohnenden Algen und Algen, die in der Wassersäule wachsen?

C.A .: Die Algen, die im Meereis gefunden werden, sind im Allgemeinen ziemlich verschieden von denen, die im Wasser gefunden werden. Jede Gruppe ist dazu geeignet, unter den Bedingungen, in denen sie leben, zu gedeihen. Eisalgen stammen höchstwahrscheinlich aus Algen, die ursprünglich in den Sedimenten lebten, und sie sind in der Lage, an Oberflächen zu haften und sich auf ihnen zu bewegen. Wassersäulen sind sinkender und haben unterschiedliche Strategien entwickelt, um mit dem Leben in einer sich bewegenden, flüssigen Umgebung umzugehen.

NSF: Wie dick ist das Eis, mit dem du arbeitest? Was sind einige der Werkzeuge, die Sie verwenden, um die Algen zu erreichen?

C.A .: Es variiert jährlich, und offensichtlich im Laufe der Sommersaison.Im Durchschnitt ist das Meereis während der Algenblüte etwa 1,5 bis 2 Meter dick. Mit einem Eisbohrer, der wie ein großer, hohler Bohrer ist, sammeln wir Kerne aus dieser Eisschicht. Er bohrt einen Eiszylinder aus, der bis zur Eis-Wasser-Schnittstelle reicht.

NSF: Was trägt diese Eisgemeinschaft zum zugrunde liegenden Meeresleben bei?

C.A .: Die Eiswohngemeinschaft baut sich im Frühjahr im Eis auf. Dies stellt eine nahrhafte Nahrungsressource für das marine Leben unter dem Eis dar, aber es ist meistens für die darunter liegenden Organismen verfügbar, nachdem es vom Meereis verloren gegangen ist. Dieser Verlust von Algenmaterial aus dem Eis geschieht in großen Impulsen, die im Spätfrühjahr nur wenige Tage dauern können. Diese Impulse sind das Ergebnis von erhöhtem Licht, Erwärmung des Eises und aktiver Bewegung der Algen aus dem Eis in die Wassersäule. Mehrere Studien haben gezeigt, dass viele Organismen, von benthischen Würmern bis zu pelagischen Krebstieren, ihre Lebenszyklen verhalten angepasst haben, um organisches Material auszunutzen, das das Meereis verlässt.

NSF: Wie kann sich der Klimawandel auf diese Art von Algen auswirken?

C.A .: Abgesehen vom Verlust des Eislebensraums selbst haben wir gezeigt, dass lokale Klimabedingungen große Auswirkungen auf die Meereisgemeinschaft haben können. Die Häufigkeit, Diversität, Nährstoffqualität und Sinkgeschwindigkeit des Meereismaterials wird wahrscheinlich wesentlich durch die Menge des darüber liegenden Schnees in dem Gebiet beeinflusst, das wiederum weitgehend von den lokalen klimatischen Bedingungen abhängt.

NSF: Warum hast du dich gefreut, die Quallen im Video zu sehen?

C.A .: Wir hatten viele Videobeweise, die darauf hinwiesen, dass diese Gelees entlang des Bodens schwimmen und ihre oralen Tentakel über das Sediment ziehen. Wir stellten die Hypothese auf, dass dies eine Verhaltensanpassung der Gelees war, um auf Material zu grasen, das aus dem Meereis gefallen war und sich entlang des Meeresbodens angesammelt hatte. Um diese Hypothese zu testen, mussten wir einige Quallen fangen, etwas, das uns bis zu diesem Tag entgangen war.

NSF: Was sind die nächsten Schritte in Ihrer Forschung?

C.A .: Wir sind derzeit daran interessiert, unsere Forschung über die Bedeutung von Eisalgen für die Ernährung von Verbrauchern unter Eis sowie den Beitrag von Eisalgen zur jährlichen Near-Shore-Arktis-Meeresproduktivität fortzusetzen. Darüber hinaus interessiert uns, wie das Ökosystem betroffen wäre, wenn Eisalgen weniger verbreitet wären und durch Algen im Wasser ersetzt würden.

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