The impact of climate change on phytoplankton - bacterioplankton interactions

Breithaupt, Petra

Global warming has already and is continuing to impact the global oceans. Half of the global primary production is performed by phytoplankton in the oceans and heterotrophic marine bacteria channel a substantial amount of primary organic carbon through the microbial loop. Understanding the influence of climate change on these important processes is therefore essential for an assessment of the vulnerability of the carbon cycle and possible feedbacks. This thesis reports results from investigations on the temperature dependent coupling between phytoplankton and bacterioplankton, with respect to additional effects of light intensity and inorganic nutrient concentrations. During four consecutive years, mesocosm experiments with natural Kiel Fjord winter plankton communities investigated the influences of increasing water temperatures of up to ΔT +6°C and different light intensities between 16 and 100% of natural incident light. In an additional microcosm experiment with a single algal species and the natural bacterial community, two inorganic nutrient concentrations were used, in order to evaluate the combined effects of temperature and substrate on the algal-bacterial coupling. Summarising the results from all experiments it can be concluded, that increasing temperatures generally led to an increased heterotrophic bacterial organic substrate utilisation relative to primary production. In combination with a further brightening, the supplemental promotion of primary production would increase the absolute amounts of cycled organic matter. Future increasing P-limitation in coastal waters would lead not only to an enhanced absolute amount of cycled carbon, but additionally to an increased relative amount of remineralised organic carbon through the microbial loop. An enhanced organic matter transfer through the microbial loop has the potential to alter the whole structure and functioning of the marine food web and the biological sequestration of carbon to depth. Additionally, a substantial rise of CO2 emissions through enhanced respiration represents a positive feedback loop to the global climate change problem.

Die globale Klimaerwärmung hat die Ozeane der Welt bereits in vielfältiger Weise beeinflusst und dieser Einfluss dauert an. Die Hälfte der globalen Primärproduktion findet in den Ozeanen statt und die heterotrophen marinen Bakterien schleusen eine erhebliche Menge an primärproduziertem organischen Kohlenstoff durch die mikrobielle Schleife. Es ist daher von enormer Wichtigkeit, den Einfluss des Klimawandels auf diese wichtigen Prozesse zu verstehen, um eine Einschätzung der Anfälligkeit des Kohlenstoffkreislaufes und mögliche Rückkopplungsmechanismen geben zu können. Diese Dissertation legt die Ergebnisse von Untersuchungen über die temperaturabhängige Kopplung zwischen Phytoplankton und Bakterienplankton dar, unter zusätzlicher Berücksichtigung der Einflüsse unterschiedlicher Lichtintensitäten sowie verschiedener anorganischer Nährstoffkonzentrationen. In vier aufeinander folgenden Jahren wurden Mesokosmosexperimente mit natürlichen überwinterten Planktongemeinschaften aus der Kieler Förde durchgeführt und die Einflüsse einer Erwärmung um bis zu ΔT +6°C und von Lichtverhältnissen zwischen 16 und 100% der natürlichen Lichteinstrahlung untersucht. In einem zusätzlichen Mikrokosmosexperiment, mit einer einzelnen Algenart und einer natürlichen Bakteriengemeinschaft, wurden zwei anorganische Nährstoffkonzentrationen benutzt um den kombinierten Einfluß von Temperatur und Substrat auf die Algen-Bakterien Kopplung zu beurteilen. Zusammenfassend für alle Experimente kann abgeleitet werden, dass steigende Temperaturen im Allgemeinen zu einer erhöhten heterotrophen bakteriellen Verwertung organischen Materials führte, relativ zur Primärproduktion. Kombiniert mit einem weiteren Anstieg der Lichtintensität, würde eine zusätzliche Förderung der Primärproduktion die absolute Menge an organischem Kohlenstoff im Kreislauf erhöhen. Eine steigender P-limitation in Küstengewässern würde nicht nur, über erhöhte Primärproduktion, die beschriebene absolute Menge an Kohlenstoff im Kreislauf steigern, sondern zusätzlich auch die relative Menge dieses organischen Materials erhöhen, die in der mikrobiellen Schleife remineralisiert würde. Ein verstärkter Fluss organischen Materials durch die mikrobielle Schleife hat das Potential die gesamte Struktur und Funktion des marinen Nahrungsnetzes zu verändern, ebenso wie die biologische Sequestration von Kohlenstoff in die Tiefen der Ozeane. Zusätzlich repräsentiert eine erheblichen Ausweitung der CO2 Emissionen über steigende Respiration eine positive Rückkopplung der globalen Klimawandelproblematik.

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Breithaupt, Petra: The impact of climate change on phytoplankton - bacterioplankton interactions.

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