Salps fertilise the Southern Ocean more effectively than krill

The iron released by the tunicates’ fecal pellets is more bioavailable than that from krill pellets

[Translate to English:] Salpa thompsoni — Salpa thompsoni (Photo: Alfred-Wegener-Institut / Jan Michels)

Experts at the Alfred Wegener Institute have, for the first time, experimentally measured the release of iron from the fecal pellets of krill and salps under natural conditions and tested its bioavailability using a natural community of microalgae in the Southern Ocean. In comparison to the fecal pellets of krill, Antarctic phytoplankton can more easily take up the micronutrient iron from those produced by salps. Observations made over the past 20 years show that, as a result of climate change, Antarctic krill are increasingly being supplanted by salps in the Southern Ocean. In the future, salps could more effectively stimulate the fixation of the greenhouse gas carbon dioxide in Antarctic microalgae than krill, as the team of researchers report in the journal Current Biology.

Eisen ist die primär limitierende Ressource für das Wachstum von Phytoplankton in weiten Teilen des Südpolarmeeres. Somit bestimmt die vorhandene Menge an Eisen maßgeblich, wie viel CO₂ die Kleinalgen fixieren und wieviel Biomasse dadurch an der Basis des Nahrungsnetzes zur Verfügung steht. Studien belegen deutlich, dass im Zuge des Klimawandels der antarktische Krill, die Schlüsselart des Südpolarmeeres, zukünftig von Salpen verdrängt wird.

[Translate to English:] Salpen-Illustration — Salp illustration (Photo: Alfred Wegener Institute / Boeckmann et al.)

„Wir haben untersucht, was ein Regimewechsel von Krill zu Salpen für die Primärproduktion bedeutet“, berichtet Dr. Scarlett Trimborn vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). Die Leiterin der AWI-Forschungsgruppe EcoTrace führte mit ihrem Team auf einer Expedition mit dem Forschungsschiff Polarstern dazu erstmals Experimente mit natürlichen Phytoplanktonpopulationen im Südozean rund um Elephant Island durch. Als Eisenressource boten die Forschenden den Kleinalgengemeinschaften Kotballen von Krill und Salpen an, denn mit einem Regimewechsel zwischen den Arten würde in Zukunft auch mehr Kot durch Salpen produziert.

„Wir waren überrascht, dass das Kotballenmaterial von Salpen im Vergleich zu Krill pro Mikrogramm Kohlenstoff mehr Eisen freisetzt. Außerdem haben wir herausgefunden, dass das Eisen, welches sich aus den Kotballen der Salpen gelöst hat, besser für Phytoplankton verfügbar war, als das Eisen aus Krill-Kotballen“, berichtet Sebastian Böckmann aus der EcoTrace-Gruppe und Erstautor der Studie. Die Phytoplanktongemeinschaften konnten bis zu fünfmal mehr Eisen aus den Salpen-Kotballen aufnehmen als aus den Ausscheidungen des Krills. Grund für die größere Eisenaufnahme könnten Liganden sein, die die Verfügbarkeit des Eisens für die Algen erhöhen. Dies könnte einen deutlichen Anstieg der CO₂-Fixierung durch Phytoplankter zur Folge haben.

[Translate to English:] Krill-Illustration — Krill illustration (Photo: Alfred Wegener Institute / Boeckmann et al.)

Das Südpolarmeer ist für die Klimaentwicklung hochrelevant, denn die riesigen Gebiete können potentiell große Mengen CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen oder auch an sie abgeben. In einigen Regionen, beispielsweise rund um die Antarktische Halbinsel, ändert sich durch den Klimawandel die Meereisbedeckung. Ist der Ozean eisfrei, dringt mehr Sonnenlicht als Energiequelle für die Photosynthese in die oberen Wasserschichten ein. Allerdings bestimmt die Verfügbarkeit der Ressource Eisen maßgeblich die CO₂-Aufnahme durch Mikroalgen. „Wir wissen zwar, aus welchen Quellen Eisen ins Südpolarmeer eingetragen wird, bisher ist allerdings vollkommen ungeklärt, wie viel von dem Eisen überhaupt von den Mikroalgen aufgenommen werden kann, vor allem was dessen Freisetzung durch das Recycling von Grazern wie Salpen und Krill betrifft. Unsere Studie liefert einen wichtigen Beitrag zur Modellierung der Stoffkreisläufe im Südpolarmeer der Zukunft“, resümiert Scarlett Trimborn.

Original publication

Sebastian Böckmann, Florian Koch, Bettina Meyer, Franziska Pausch, Morten Iversen, Ryan Driscoll, Luis Miguel Laglera, Christel Hassler, and Scarlett Trimborn: Salp fecal pellets release more bioavailable iron to Southern Ocean phytoplankton than krill fecal pellets. Current Biology (2021), DOI: 10.1016/j.cub.2021.02.033