پوسته های پلانکتون های فسیلی 3 میلیون سال پیش نشان می دهد که تثبیت نیتروژن در اقیانوس های گرم تر کاهش یافته است

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

نیتروژن یک ماده مغذی کلیدی است زیرا باعث رشد پلانکتون می شود که اساس شبکه غذایی دریایی را تشکیل می دهد. دو فرآیند متضاد چرخه جهانی نیتروژن را تعیین می کنند: تثبیت نیتروژن و نیتروژن زدایی.

سیانوباکتری های تثبیت کننده نیتروژن، گاز نیتروژن (N2) محلول در آب را به شکل زیستی در دسترس تبدیل می کنند. این در درجه اول در آب های سطحی گرم و فاقد مواد مغذی رخ می دهد. در اقیانوس اطلس، نزدیک به 90٪ از تثبیت نیتروژن در مناطق گرمسیری اقیانوس اطلس شمالی رخ می دهد، که آن را به منطقه ای کلیدی برای درک این فرآیند تبدیل می کند.

در سایر مناطق اقیانوسی، نیتروژن از اقیانوس خارج می شود و از طریق نیترات زدایی به اتمسفر بازگردانده می شود که در آن نیترات با نیترات زدایی باکتری ها به گاز N 2 کاهش می یابد. این فرآیند به ویژه در مناطق کم اکسیژن، که امروزه در اقیانوس آرام بسیار گسترده است، رخ می دهد.

در مطالعات قبلی، محققان موسسه شیمی ماکس پلانک (MPIC) نشان دادند که نیترات زدایی در ستون آب - بدنه آب دریا بین سطح و کف دریا - در شرایط آب و هوایی گرمتر گذشته در سطح جهان کاهش یافته است. با این حال، مشخص نیست که آیا و چگونه تثبیت نیتروژن نیز در این دوره‌های گرم‌تر تغییر کرده است یا خیر. این مهم است زیرا تعادل بین این دو فرآیند تعیین می کند که چه مقدار نیتروژن برای فرآیندهای بیولوژیکی اقیانوس جهانی در دسترس است.

یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی به رهبری MPIC اکنون با استفاده از هسته‌های مته‌ای رسوبات اقیانوسی نشان داده است که تثبیت نیتروژن طبیعی در اقیانوس اطلس استوایی به طور قابل‌توجهی در اواخر پلیوسن گرم کاهش یافته و سپس به پلیستوسن سردتر افزایش یافته است. برای مطالعه جدید خود که در Nature Communications منتشر شده است، دانشمندان ایزوتوپ های نیتروژن را در پوسته های فسیلی روزن داران از هسته های رسوبی اقیانوس ها در شمال استوایی اقیانوس اطلس تجزیه و تحلیل کردند. روزن داران در پلیوسن و پلیستوسن اولیه زندگی می کردند.

روزن داران فسیل های میکروسکوپی هستند که برای بازسازی شرایط آب و هوایی گذشته و جریان های اقیانوسی مناسب هستند. این موجودات در حین رشد، مقادیر کمی نیتروژن را در اسکلت های آهکی خود وارد می کنند و فسیل های آنها هنوز هم امروزه در رسوبات دریایی یافت می شود.

پلیوسن یک دوره زمین شناسی است که حدود 5.33 میلیون سال پیش آغاز شد و 2.58 میلیون سال پیش به پایان رسید. در سطح جهان گرمتر از امروز بود. این دوره آب و هوایی گرم توسط پلیستوسن سردتر دنبال شد که با دوره های یخبندان و بین یخبندان متناوب به دلیل شکل گیری چرخه ای و ناپدید شدن صفحات یخی نیمکره شمالی مشخص شد.

هنگام مقایسه رکورد تثبیت نیتروژن در اقیانوس اطلس با رکورد نیتروژن زدایی که اخیرا در اقیانوس آرام منتشر شده است، محققان دریافتند که هر دو فرآیند در اواخر پلیوسن ضعیف شده اند. آنها این را به پیوند محکم بین این دو فرآیند نسبت می دهند: وقتی نیتروژن از طریق نیتروژن زدایی حذف می شود، آب باقیمانده اقیانوس با فسفر غنی می شود.

این فسفر اضافی سپس از طریق جریان‌های اقیانوسی توزیع می‌شود و تثبیت نیتروژن را در بخش‌های فقیر از مواد مغذی اقیانوس، جایی که ارگانیسم‌های تثبیت‌کننده نیتروژن می‌توانند رشد کنند، تقویت می‌کند.

هنگامی که نیترات زدایی در اقیانوس آرام در طول پلیوسن کاهش یافت، فسفر کمتری به اقیانوس اطلس رسید و باعث شد تثبیت نیتروژن در آنجا نیز کاهش یابد. کاهش همزمان در هر دو فرآیند به این معنی است که منبع اصلی نیتروژن اقیانوس و مخزن اصلی نیتروژن با هم کوچک می شوند و مقدار کل نیتروژن موجود در اقیانوس را نسبتا ثابت نگه می دارد.

این که آیا چرخه نیتروژن اقیانوس در شرایط اغتشاشات اقلیمی متعادل می‌ماند، دهه‌ها مورد بحث بوده است. در آینده‌ای گرم‌تر، ما گمان می‌کنیم که هر دو فرآیند کند می‌شوند، بنابراین اقیانوس نیتروژن کمتری را تثبیت می‌کند اما کمتر هم از دست می‌دهد. از آنجایی که این تغییرات تا حد زیادی یکدیگر را خنثی می‌کنند، تعادل کلی نیتروژن اقیانوس ممکن است مقدار نسبتا متغیری داشته باشد. مایان یهودای، محقق فوق دکتری در مؤسسه شیمی ماکس پلانک و اولین نویسنده این مطالعه، می گوید از امروز.

سوابق محققان ماکس پلانک الگوی دومی را نیز آشکار کرد. پس از اینکه صفحات یخی بزرگ نیمکره شمالی در پایان پلیوسن، حدود 2.8 میلیون سال پیش شروع به رشد کردند، تثبیت نیتروژن در دریای کارائیب همزمان با چرخه تقریبا 41000 ساله میلانکوویچ در شیب محور زمین افزایش و کاهش یافت.

چرخه های میلانکوویچ تغییرات دوره ای در مدار زمین به دور خورشید هستند. آنها مقدار و توزیع انرژی خورشیدی روی زمین را تغییر می دهند و نقش کلیدی در تعیین دوره های سرد و گرم و همچنین ریتم عصر یخبندان دارند.

این تیم این ریتم طبیعی را با تغییرات سطح دریا مرتبط می‌کند: در طول دوره‌های گرم بین یخبندان، سطح بالاتر دریاها به قفسه‌های قاره‌ای سرازیر شد، جایی که میکروب‌های موجود در رسوب نیتروژن را از آب حذف کردند و فسفر را پشت سر گذاشتند. این روش دیگری برای تثبیت نیتروژن بیشتر به صورت محلی است. هنگامی که سطح دریا در طول یخبندان پایین آمد و قفسه ها در معرض دید قرار گرفتند، این منبع فسفر کوچک شد و تثبیت نیتروژن کاهش یافت.

آلفردو مارتینز-گارسیا، رهبر گروه در مؤسسه شیمی ماکس پلانک و نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: «یافته‌های ما به ما کمک می‌کند مکانیسم‌هایی را که امروزه تثبیت N 2 اقیانوس اطلس را هدایت می‌کنند در یک زمینه طولانی‌مدت قرار دهیم. تحقیقات اخیر به رهبری گروه او نشان داد که طی دهه های گذشته، تثبیت نیتروژن در اقیانوس اطلس به دلیل بالا آمدن در شرق اقیانوس اطلس استوایی انجام شده است. این آب غنی از فسفر را که جریان‌ها به دریای کارائیب می‌برند، می‌رساند.

مطالعه جدید نشان می‌دهد که در پلیوسن گرم‌تر، به نظر نمی‌رسد تثبیت نیتروژن به تغییرات در بالا آمدن استوایی پاسخ دهد، زیرا آب بالا رفته فسفر اضافی بسیار کمتری را حمل می‌کند. این بدان معنی است که نیروی محرکه کنترل کننده تثبیت نیتروژن اقیانوس اطلس بین آب و هوای گرمتر و سردتر جابجا می شود. به عبارت دیگر، مکانیسم به وضعیت آب و هوای پس زمینه بستگی دارد.

بر اساس این مطالعه، چرخه نیتروژن اقیانوس یک سیستم بسیار حساس و پویا است. تأثیر قابل توجهی بر اکوسیستم های دریایی دارد و ارتباط نزدیکی با آب و هوا دارد.

Maayan Yehudai و همکاران، کاهش تثبیت N 2 در اقیانوس اطلس گرمسیری در اواخر پلیوسن گرم، Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75846-4

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →