The Southern Ocean stores 40 percent of the carbon dioxide that we humans produce - more than any other ocean on Earth. Phytoplankton is one of the main reasons for that: The microorganisms take up CO2 during photosynthesis. But although the Southern Ocean is rich in nutrients that support their growth, there is little phytoplankton there. One reason for this is a lack of iron in the water. However, a recent study by the Alfred Wegener Institute, the University of Bremen and Bremerhaven in the journal Nature Communications Biology, now shows that manganese also plays a crucial role for phytoplankton in the Southern Ocean.
Ozeane gehören zu den größten Kohlenstoffsenken unseres Planeten. Dicht unter der Wasseroberfläche nimmt Phytoplankton Kohlendioxid aus der Atmosphäre durch Fotosynthese auf. Neben Licht und Nährstoffen wie Nitrate oder Phosphate, beeinflussen auch Spurenelemente das Wachstum und die Artenzusammensetzung des Phytoplanktons. Wie sich das Vorkommen oder der Mangel der Elemente Eisen und Mangan auf die Mikroorganismen im Südpolarmeer auswirken, hat ein Forschungsteam unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) untersucht.
In der Drake-Passage nahmen die Wissenschaftler:innen Wasserproben und beobachteten, wie sich Phytoplankton unter der Zugabe von Eisen, Mangan und einer Kombination beider Spurenelemente entwickelte.
„Die Organismen reagierten ganz unterschiedlich“, sagt Jenna Balaguer, Doktorandin am AWI und Hauptautorin der Studie. „Die meisten Phytoplankton-Arten wuchsen am stärksten bei der Zugabe von Eisen. Die beiden Arten jedoch, die in der Drake-Passage am weitesten verbreitet sind, reagierten am stärksten auf die Kombination von Eisen und Mangan.“ Das zeige vor allem, dass nicht alle Phytoplankton-Arten die gleiche Menge an Spurenelementen für ihr Wachstum brauchen. Vielmehr hat jede Art spezifische Anforderungen, sodass sich der Mangel an Spurenelementen unterschiedlich auswirkt. „Die Auswirkungen einer möglichen Ko-Abhängigkeit von Eisen und Mangan auf bestimmte Mikroorganismen sind bisher nur wenig untersucht“, so Jenna Balaguer. „Das ist jedoch ein Schlüsselfaktor, um die Struktur der Phytoplankton-Gemeinschaft im Südpolarmeer zu verstehen.“ Denn das Südpolarmeer erfahre in der Zukunft drastische klimatische Veränderungen. Die Fähigkeit, Kohlenstoff zu speichern, würde dann davon abhängen, wie viel Eisen und Mangan verfügbar sind, was wiederum Auswirkungen auf die Struktur der Phytoplankton-Gemeinschaft hätte und somit darauf, wie viel Kohlenstoff von der Oberfläche auf den Meeresboden gelangt. „Daher muss der Einfluss von Mangan auf Phytoplankton in der Bewertung künftiger Veränderungen im Südpolarmeer unbedingt berücksichtigt werden, denn diese Region reguliert unser Klima“, betont Jenna Balaguer.
Originalpublikation
Balaguer, J., Koch, F., Hassler, C. et al. Iron and manganese co-limit the growth of two phytoplankton groups dominant at two locations of the Drake Passage. Commun Biol 5, 207 (2022). https://doi.org/10.1038/s42003-022-03148-8