Größenvielfalt, Phytoplankton und die Primärproduktion im Nordpazifik

Publications (Foto: J.-R. Lippels / Hereon)
Beitrag von Prof. Dr. Kai Wirtz, Leiter der Abteilung Ökosystemmodellierung

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) sowie der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC ) haben mit Hilfe von mathematischen Modellen erstmalig die Auswirkungen der Größenvielfalt von Phytoplankton auf die Primärproduktion im Nordpazifik umfassend erklärt.

Phytoplankton – einzellige Algen – bilden die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes und beeinflussen maßgeblich regionale und globale Stoffkreisläufe, wie zum Beispiel den Stickstoff- oder Sauerstoffkreislauf. Besonderer Augenmerk des deutsch-japanischen Wissenschaftlerteams galt der Beziehung zwischen Diversität von Phytoplankton-Größen und der Gesamtproduktivität in verschiedenen Gebieten des Nordpazifiks. Dabei konnten sie unter anderem Mechanismen erkennen, die mit früheren theoretischen Vorhersagen zur Artenvielfalt im Einklang stehen:

Stärker diversifizierte Artengemeinschaften sind in Regionen mit häufigen Veränderungen produktiver, da die Vielfalt die Anpassungsfähigkeit erhöht. Andererseits sind weniger stark diversifizierte Artengemeinschaften in Gebieten mit eher konstanten Umweltbedingungen produktiver, da die Gemeinschaft dort aus wenigen ähnlichen Arten besteht, die am effektivsten an die dortigen Lebensbedingungen angepasst sind.

Die Ergebnisse wurden im Oktober 2018 online in der Zeitschrift Ecology Letters (Wiley-Verlag) veröffentlicht.

Chen, B., Smith, L., & Wirtz, K.W. (2018): Effect of phytoplankton size diversity on primary productivity in the North Pacific: trait distributions under environmental variability. Ecology Letters, online Oct 2018, doi:10.1111/ele.13167

Abstract:

While most biodiversity and ecosystem functioning (BEF) studies have found positive effects of species richness on productivity, it remain unclear whether similar patterns hold for marine phytoplankton with high local richness. We use the continuous trait‐based modelling approach, which assumes infinite richness and represents diversity in terms of the variance of the size distribution, to investigate the effects of phytoplankton size diversity on productivity in a three‐dimensional ocean circulation model driven by realistic physics forcing. We find a slightly negative effect of size diversity on primary production, which we attribute to several factors including functional trait‐environment interactions, flexible stoichiometry and the saturation of productivity at low diversity levels. The benefits of trait optimisation, whereby narrow size distributions enhance productivity under relatively stable conditions, tend to dominate over those of adaptive capacity, whereby greater diversity enhances the ability of the community to respond to environmental variability.

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