DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/adaa8c
تاريخ النشر: 2025-01-15
المؤلف: Amrita Bhaumik وآخرون
الموضوع الرئيسي: آثار حموضة المحيطات والاستجابات
نظرة عامة
يتناول القسم آثار تعزيز القلوية في المحيطات (OAE) على النظم البيئية البحرية، مع التركيز بشكل خاص على نوع القشريات الصغيرة تمورا لونغيكورنس وطرائدها من الفيتوبلانكتون، رودوموناس سالينا. يهدف OAE إلى التخفيف من تغير المناخ من خلال زيادة قدرة المحيط على تخزين الكربون، لكنه يغير كيمياء مياه البحر، مما يؤثر على كل من الأنشطة الأيضية للكائنات البحرية وتوافر وجودة طرائدها. وجدت الدراسة أنه بينما أثر OAE سلبًا على نمو R. سالينا، فإنه في الوقت نفسه حسن من جودته الغذائية، مما ساعد في تعويض الآثار السلبية المباشرة على T. لونغيكورنس.
تشير النتائج إلى أن زيادة القلوية الكلية (TA) أدت إلى انخفاض كبير في معدل تناول القشريات الصغيرة بسبب انخفاض توافر الطرائد، على الرغم من عدم تغير معدلات الرعي. وهذا يبرز الأهمية الحاسمة لعدد الطرائد بجانب الجودة في تنظيم العمليات الأيضية للقشريات الصغيرة. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى مزيد من البحث حول المجتمع البلانكتوني الأوسع لفهم العواقب البيئية لـ OAE بشكل كامل، خاصةً تأثيراته المحتملة على الأنواع وتأثيراته على مراحل الحياة المبكرة للقشريات الصغيرة. يُوصى بإجراء دراسات طويلة الأمد لاستكشاف الاستجابات التكيفية واستدامة تطبيقات OAE المتكررة في البيئات البحرية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لاستراتيجيات إزالة ثاني أكسيد الكربون (CDR) للتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري، خاصةً من خلال تعزيز قلوية المحيطات (OAE). يهدف OAE إلى زيادة القلوية الكلية لمياه البحر (TA) من خلال إضافة مواد قلوية، مثل الجير المطفأ ($\text{Ca(OH)}_2$)، التي يمكن أن تعادل الحموضة وتحسن قدرة المحيط على احتجاز CO2 الجوي. لا ترفع هذه العملية فقط من درجة حموضة مياه البحر ولكنها تغير أيضًا كيمياء الكربونات، مما قد يؤثر على الحياة البحرية، وخاصةً البلانكتون الحيواني مثل القشريات الصغيرة، التي تعتبر حيوية لدورة الكربون وديناميات المغذيات في النظم البيئية البحرية.
تركز الدراسة على القشريات الصغيرة الكالانويد *تمورا لونغيكورنس*، حيث تفحص كيف تؤثر التغيرات الناتجة عن OAE في كيمياء مياه البحر وتوافر الطرائد على فسيولوجيتها. تم تصميم ثلاثة إعدادات تجريبية لعزل التأثيرات المباشرة لتغير كيمياء الكربونات عن التأثيرات غير المباشرة الناتجة عن التغيرات في جودة وتوافر الطرائد. تهدف الأبحاث إلى توضيح آثار OAE على الأنشطة الأيضية للقشريات الصغيرة، نظرًا لاعتمادها على الفيتوبلانكتون عالي الجودة، الذي قد يتأثر بالديناميات الكربونية المتغيرة الناتجة عن OAE. هذه التحقيقات ضرورية لفهم التأثيرات البيئية الأوسع لطرق CDR على شبكات الغذاء البحرية.
الطرق
في هذه الدراسة، صمم المؤلفون سلسلة من التجارب للتحقيق في آثار تحمض المحيط (OAE) على فسيولوجيا القشريات الصغيرة تمورا لونغيكورنس، مع الأخذ في الاعتبار كل من التأثيرات المباشرة والتأثيرات غير المباشرة التي تتوسطها توافر وجودة الطرائد، وبشكل خاص الكريبتوفيت رودوموناس سالينا. تم إجراء ثلاثة تجارب متميزة، كل منها يتناول جوانب مختلفة من هذه التفاعلات عبر ستة مستويات مختلفة من القلوية الكلية (TA).
ركزت التجربة الأولى على التأثيرات المباشرة لـ OAE من خلال إطعام القشريات الصغيرة طرائد مزروعة في مياه البحر الطبيعية دون أي تعديل للقلوية. في التجربتين الثانية والثالثة، فحص الباحثون التأثيرات غير المباشرة لـ OAE من خلال تغيير ظروف الطرائد. قامت التجربة الثانية بتقييم تأثير جودة الطرائد من خلال توفير كثافة خلوية ثابتة من الطرائد من الثقافات المقابلة لـ TA، مما يضمن كمية غذاء موحدة. استكشفت التجربة الثالثة المزيد من التأثيرات المجمعة لتوافر الطرائد وجودتها من خلال إطعام القشريات الصغيرة كميات متساوية من ثقافات الطرائد من مستويات TA المعنية، مما يعكس التغيرات في توافر الغذاء بسبب اختلاف نمو الطحالب عند كل مستوى TA. سمح هذا النهج الشامل بفهم دقيق لكيفية تأثير OAE على فسيولوجيا القشريات الصغيرة من خلال مسارات مباشرة وغير مباشرة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في آثار تعزيز قلوية المحيط (OAE) على كيمياء مياه البحر وديناميات طرائد القشريات الصغيرة. أدت معالجة مستويات القلوية الكلية (TA)، التي تحققت من خلال إضافة هيدروكسيد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم إلى مياه البحر الطبيعية، إلى تغييرات كبيرة في كيمياء الكربونات، بما في ذلك زيادة في درجة الحموضة وانخفاض في pCO2. كانت هذه التغيرات ملحوظة بشكل خاص عند مستويات TA الأعلى، حيث انخفض pCO2 إلى أقل من 15 ميكروبار، مما قد يؤثر سلبًا على نمو الفيتوبلانكتون وبالتالي على توافر غذاء البلانكتون الحيواني. أشارت النتائج إلى وجود تأثير عتبة عند ∆TA 500 ميكرومول ل⁻¹، حيث تأثرت معدلات نمو الطرائد وجودتها الغذائية، وبشكل خاص نسب C:P وN:P، بشكل كبير.
كما سلطت الدراسة الضوء على التفاعل بين جودة الطرائد واستجابات القشريات الصغيرة الأيضية. بينما أظهرت القشريات الصغيرة انخفاضًا في معدلات التنفس وزيادة في الوفيات عند أعلى معالجة TA، أظهرت تلك التي تم تزويدها بطرائد عالية الجودة (نسب C:P أقل) تحملًا أفضل لمستويات TA المرتفعة. وهذا يشير إلى أنه بينما يمكن أن يؤثر OAE سلبًا على توافر وجودة الطرائد، فإن القيمة الغذائية للطرائد يمكن أن تخفف من بعض الضغوط الفسيولوجية التي تعاني منها القشريات الصغيرة. بشكل عام، تؤكد النتائج على التفاعلات المعقدة بين التغيرات في كيمياء الكربونات، وديناميات الطرائد، وفسيولوجيا القشريات الصغيرة، مما يبرز أهمية جودة الطرائد في دعم الوظائف الأيضية للقشريات الصغيرة تحت ظروف المحيط المتغيرة.
DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/adaa8c
Publication Date: 2025-01-15
Author(s): Amrita Bhaumik et al.
Primary Topic: Ocean Acidification Effects and Responses
Overview
The section discusses the implications of Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) on marine ecosystems, particularly focusing on the copepod species Temora longicornis and its phytoplankton prey, Rhodomonas salina. OAE aims to mitigate climate change by increasing the ocean’s carbon storage capacity, but it alters seawater chemistry, affecting both the metabolic activities of marine organisms and the availability and quality of their prey. The study found that while OAE negatively impacted the growth of R. salina, it simultaneously improved its nutritional quality, which helped offset the direct negative effects on T. longicornis.
The findings indicate that increased total alkalinity (TA) led to a significant reduction in the copepod’s ingestion rate due to decreased prey availability, despite unchanged grazing rates. This highlights the critical importance of prey quantity alongside quality in regulating copepod metabolic processes. The study emphasizes the need for further research on the broader planktonic community to fully understand the ecological consequences of OAE, particularly its potential species-specific impacts and effects on early life stages of copepods. Long-term studies are recommended to explore adaptive responses and the sustainability of repeated OAE applications in marine environments.
Introduction
The introduction highlights the urgent need for carbon dioxide removal (CDR) strategies to mitigate global warming, particularly through ocean alkalinity enhancement (OAE). OAE aims to increase seawater’s total alkalinity (TA) by adding alkaline substances, such as slaked lime ($\text{Ca(OH)}_2$), which can neutralize acidity and improve the ocean’s capacity to sequester atmospheric CO2. This process not only raises seawater pH but also alters carbonate chemistry, potentially impacting marine life, particularly zooplankton like copepods, which are crucial for carbon cycling and nutrient dynamics in marine ecosystems.
The study focuses on the calanoid copepod *Temora longicornis*, examining how OAE-induced changes in seawater chemistry and prey availability affect its physiology. Three experimental setups are designed to isolate the direct effects of altered carbonate chemistry from the indirect effects of changes in prey quality and availability. The research aims to elucidate the implications of OAE on copepod metabolic activities, given their reliance on high-quality phytoplankton, which may be influenced by the altered carbon dynamics resulting from OAE. This investigation is critical for understanding the broader ecological impacts of CDR methods on marine food webs.
Methods
In this study, the authors designed a series of experiments to investigate the effects of ocean acidification (OAE) on the physiology of the copepod Temora longicornis, considering both direct impacts and indirect effects mediated by the availability and quality of the prey, specifically the cryptophyte Rhodomonas salina. Three distinct experiments were conducted, each addressing different aspects of these interactions across six varying total alkalinity (TA) levels.
Experiment I focused on the direct effects of OAE by feeding copepods prey cultured in natural seawater without any manipulation of alkalinity. In Experiments II and III, the researchers examined the indirect effects of OAE through altered prey conditions. Experiment II assessed the influence of prey quality by providing copepods with a consistent cell density of prey from the corresponding TA cultures, ensuring uniform food quantity. Experiment III further explored the combined effects of prey availability and quality by feeding copepods equal volumes of prey cultures from the respective TA levels, reflecting variations in food availability due to differing algal growth at each TA level. This comprehensive approach allowed for a nuanced understanding of how OAE impacts copepod physiology through both direct and indirect pathways.
Discussion
In this study, the effects of ocean alkalinity enhancement (OAE) on seawater chemistry and copepod prey dynamics were investigated. The manipulation of total alkalinity (TA) levels, achieved through the addition of sodium hydroxide and calcium chloride to natural seawater, resulted in significant changes in carbonate chemistry, including increased pH and decreased pCO2. These alterations were particularly pronounced at higher TA levels, with pCO2 dropping to as low as 15 µatm, which could negatively impact phytoplankton growth and, consequently, zooplankton food availability. The results indicated a threshold effect at ∆TA 500 µmol l⁻¹, beyond which prey growth rates and nutritional quality, specifically C:P and N:P ratios, were significantly affected.
The study also highlighted the interplay between prey quality and copepod metabolic responses. While copepods exhibited reduced respiration rates and increased mortality at the highest TA treatment, those provided with higher-quality prey (lower C:P ratios) demonstrated improved tolerance to elevated TA levels. This suggests that while OAE can adversely affect prey availability and quality, the nutritional value of prey can mitigate some of the physiological stress experienced by copepods. Overall, the findings underscore the complex interactions between carbonate chemistry changes, prey dynamics, and copepod physiology, emphasizing the importance of prey quality in sustaining copepod metabolic functions under altered ocean conditions.