fytoplankton

Naarmate de aarde verder opwarmt, dreigt de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer drastisch terug te lopen.

Dat stellen onderzoekers van de universiteit van Leicester. Wanneer de temperatuur van de oceanen zes graden stijgt – iets wat volgens sommige studies al tegen 2100 het geval kan zijn – stopt fytoplankton met het produceren van zuurstof. “Ongeveer tweederde van de totale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer wordt door fytoplankton geproduceerd,” stelt onderzoeker Sergei Petrovskii. “Wanneer zij stoppen met zuurstof produceren, dan raakt de zuurstof in de atmosfeer wereldwijd op. Dat resulteert in enorme sterfte onder dieren en mensen.”

Wanneer het gaat over de gevaren van klimaatverandering, dan worden overstromingen vaak als eerste genoemd. Maar een dalend zuurstofniveau is een veel groter gevaar, zo stellen de onderzoekers. “Er is al veel gezegd over de te verwachten rampzalige consequenties van klimaatverandering,” stelt Petrovskii. “Het meest berucht zijn de wereldwijde overstromingen die ontstaan doordat ijs op Antarctica smelt wanneer de aarde meer dan enkele graden boven het pre-industriële niveau opwarmt. Maar nu blijkt dat dit niet het grootste gevaar is.”

Petrovskii en zijn collega’s baseren hun conclusies op een nieuw ontwikkeld model. In dit model werd rekening gehouden met de interacties tussen plankton. Denk aan de zuurstofproductie van fytoplankton, maar ook de zuurstofconsumptie doordat plankton ademt en zoöplankton fytoplankton opeet. Gekeken werd welk effect de opwarming van de aarde op de zuurstofproductie heeft. Uit het onderzoek blijkt dat fytoplankton op een warmere aarde geen zuurstof meer produceert, omdat het proces van fotosynthese verstoord raakt.

Update
In een reactie op dit onderzoek laat dr. ir. Miguel Lurling, universitair docent op het gebied van Aquatische ecologie en waterkwaliteitsbeheer aan de Wageningen University ons weten grote moeite te hebben met de bevindingen van de onderzoekers. Hij wijst erop dat de onderzoekers de groei van fytoplankton in zijn optiek onterecht af laten hangen van de zuurstofconcentratie. “Als algen harder fotosynthetiseren kunnen ze sneller groeien, maar daar komt zuurstof als afvalproduct van de fotosynthese bij vrij; zuurstof is geen nutriënt wat nodig is voor fotosynthese. Ze (de onderzoekers, red.) gaan nog verder: “We nemen aan dat een lage zuurstofconcentratie ongunstig is voor fytoplankton en de reproductie ervan waarschijnlijk onderdrukt.” Dergelijke aannames slaan nergens op. Sterker nog, het waren de fotosynthetiserende blauwalgen die de atmosfeer van de aarde tussen zo’n 2,8 en 2,4 miljard jaar geleden veranderden van een reducerende in een oxiderende, oftewel van een zuurstofloze in een zuurstofhoudende atmosfeer. Groei van algen is een functie van licht, nutriënten, CO2 en temperatuur, niet van zuurstof. Dit betekent dat de hele modelexercitie van deze auteurs wat mij betreft naar de prullenbak kan.”
Daarop hebben we ook auteur van dit onderzoek, Sergei Petrovskii om een reactie gevraagd. Hij benadrukt dat diverse onderzoeken aantonen dat de groei van algen afhankelijk is van licht, voedingsstoffen, CO2, temperatuur en zuurstof. Wel erkent hij dat het model dat in dit onderzoek is gebruikt nog verder moet worden aangepast om een betere afspiegeling van de werkelijkheid te geven. “En dat willen we in de toekomst ook gaan doen. Maar ik verwacht niet dat een realistischer model tot een compleet andere voorspelling leidt, maar het zal zeker een nauwkeurigere schatting opleveren van de temperatuur waarbij deze ramp zich gaat voltrekken.” Dat fytoplankton in het verleden met minder zuurstof uit de voeten kon en de aarde zelfs aan een zuurstofhoudende atmosfeer hielp, ziet Petrovskii helemaal niet als een aanval op zijn studie. “De hoeveelheid zuurstof die nodig is voor de stofwisseling in fytoplankton verschilt van soort tot soort en is door de tijd heen door evolutie en selectie veranderd. Daarom is het helemaal niet verrassend of paradoxaal dat de planktonsoorten die miljoenen jaren geleden leefden veel minder zuurstof nodig hadden dan de moderne soorten. Ik denk niet dat dit argument de relevantie van onze resultaten aantast.”
Lurling is niet onder de indruk van het verweer van Petrovskii: “Zuurstof is geen nutriënt dat nodig is voor fotosynthese; zuurstof wordt gebruikt bij respiratie, wat de verzameling is van celonderhoud en omzetting van bij fotosynthese geproduceerde verbindingen; bij fotosynthese komt zuurstof vrij, bij respiratie wordt zuurstof gebruikt. Voor de opbouw van biomassa dienen fotoautotrofe organismen CO2 om te zetten in organische koolstofverbindingen en dit is wat onder invloed van licht gebeurt. Dus de basis voor de groei ligt in het vermogen om organische stof te bouwen wat inderdaad zoals de auteurs zelf aangeven in het artikel gerelateerd is aan de mate van fotosynthese: “Function g(c, u) describes the phytoplankton growth rate which is known to be correlated to the rate of photosynthesis (Franke et al. 1999);…”. Maar om vervolgens fotosynthese te koppelen aan de beschikbaarheid van zuurstof “…we therefore assume it to depend on the amount of available oxygen” is een hele merkwaardige wending; algen kunnen prima fotosynthetiseren als de beschikbare hoeveelheid zuurstof laag of afwezig is; kijk bijvoorbeeld maar eens naar de dagelijkse zuurstofpatronen in een door een algenbloei gedomineerd systeem. Dat kan ’s nachts zuurstofloos worden door respiratie, maar binnen enkele uren door fotosynthese een oververzadiging laten zien. Daarnaast zijn er algen die langdurige anoxische toestanden, bijvoorbeeld in benthische matten of onder ijs, kunnen doorstaan. Deze beperken hun groei tot alleen de lichtperiode en kunnen zelfs fermentatie gebruiken voor celonderhoud onder anoxia. De auteurs geven aan dat algen overdag zuurstof produceren (fotosythese) en ’s nachts voornamelijk verbruiken (ademhaling) en dat een lage zuurstofconcentratie nadelig is voor hun reproductie: “Phytoplankton produce oxygen in photosynthesis (during the day), but it also needs it for breathing (mainly during the night); therefore, we assume that low oxygen concentration is unfavorable for phytoplankton and is likely to depress its reproduction”. Respiratie is echter een proces wat de gehele dag plaatsvindt en waardoor dus zelfs in volledige zuurstofloosheid ’s nachts nog wel degelijk groei kan optreden. Door de groei van algen volledig afhankelijk te maken van zuurstof en geen rekening te houden met het vermogen van algen om wel degelijk periodes van zuurstofloosheid te doorstaan is volgens mij een zwak punt in de formulering. Daarnaast leidt het ook tot curieuze uitkomsten: “For a sufficiently low or sufficiently high oxygen production rate, plankton goes extinct and oxygen is depleted”. Met name dat plankton uitsterft als er een voldoende hoge zuurstofproductie is, is iets wat zelfs in een algenbloei resulterende in 250% zuurstofoververzadiging niet optreedt. Dergelijke uitkomsten zouden de auteurs tot grote voorzichtigheid m.b.t. het trekken conclusies en extrapolaties moeten bewegen, maar ik lees dat het tegenovergestelde is gebeurd: “a sufficiently large warming (roughly estimated as 5–6 ◦C, see Robinson 2000) would inevitably lead to an ecological disaster resulting in a complete depletion of oxygen.”
Zeewatertemperatuur is niet uniform verdeeld over de aarde en de oppervlaktetemperatuur varieerde vandaag bijvoorbeeld tussen -1.7° en 32.2°C. Het lijkt mij uitgesloten dat een voorgestelde opwarming over de ganse oceaan tot dergelijke problemen gaat leiden zeker meenemende dat het gros van het fytoplankton in de oceaan in de koudere wateren floreert. Zelfs in de meest warme delen zal een 5-6 graden opwarming nog steeds ruimte bieden aan een breed scala aan mariene algen waarvan de maximale groeitemperatuur hoger ligt. Zoals ik het zie gaat deze modelexercitie gebukt onder dubieuze aannames, omissies en generalisaties, die ver van de realiteit liggen.”