다년간 분석을 통해 발트해 고유의 플랑크톤 먹이사슬 구성과 자원의 조화된 계절성을 밝혀냈습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11865(2023) 이 기사 인용

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박테리아에서 동물성 플랑크톤에 이르는 플랑크톤 영역은 원양 수생 먹이그물에 대한 기준선을 제공합니다. 그러나 여러 영양 수준은 시계열 연구에 거의 포함되지 않아 계절 역학과 종 상호 작용이 먹이사슬 구조 및 생지화학적 순환에 미치는 영향에 대한 전체적인 이해를 방해합니다. 여기에서 우리는 박테리아, 식물 및 대형 중형 플랑크톤에 초점을 맞춘 플랑크톤 군집 구성과 2011년부터 2018년까지 발트해의 Linnaeus 미생물 관측소(LMO) 기지에서 생물적 요인과 비생물적 요인이 어떻게 상관관계가 있는지 조사했습니다. 플랑크톤 군집 구조는 뚜렷한 역동적인 모습을 보여주었습니다. 반복되는 패턴으로 변화합니다. 여기에서 연구된 플랑크톤 미생물 먹이사슬의 일부를 총 탄소로 요약하면 식물성 플랑크톤이 지속적으로 39%를 기여하는 반면 박테리아 및 대형 메조플랑크톤은 여름 동안 각각 ~30% 및 ~7%를 기여하는 그림이 나타납니다. Cyanophyceae, Actinobacteria, Bacteroidetes 및 Proteobacteria는 원핵생물 중에서 중요한 그룹이었습니다. 중요한 것은 Bacillariophyceae가 아닌 Dinophyceae가 독립 영양 봄 꽃을 지배하는 반면 Litostomatea (섬모충) 및 Appendularia는 전통적으로 관찰되는 중배 플랑크톤, Copepoda 및 Cladocera와 함께 소비자 개체에 크게 기여했습니다. 플랑크톤 구성과 탄소 저장량의 계절성에 대한 우리의 연구 결과는 생지화학적 순환의 조절을 특성화하고 생태계 모델을 적절하게 제한하기 위한 먹이사슬 구조의 시계열 분석의 중요성을 강조합니다.

발트해는 세계에서 가장 큰 기수 시스템 중 하나입니다1. 어업, 레크리에이션 보트 타기, 수영, 바다 경치2의 전반적인 즐거움과 같은 다양한 사회 경제적 서비스를 제공합니다. 발트해는 다양한 인위적 스트레스 요인과 생태계에 심각한 영향을 미치는 생태계 서비스의 과도한 이용(예: 부영양화 및 오염)에 의해 크게 영향을 받아왔고 지금도 그렇습니다3,4. 플랑크톤 군집의 생산은 더 높은 영양 수준으로 이전됩니다. 그러나 전달 효율을 조절하는 메커니즘은 아직 잘 정의되지 않았으며 추가적으로 인위적인 스트레스 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다5. 따라서 발트해는 야생/양식 해산물, 영양분 및 오염물질 제거, 관광과 같은 생태계 서비스가 인위적 스트레스 요인에 의해 어떻게 영향을 받는지 밝힐 수 있으며 이를 통해 생태계 기반 관리에 대한 확장된 시각을 제공하여 바다의 지속 가능한 활용을 보장할 수 있습니다. 발트해.

박테리아, 식물 및 동물성 플랑크톤 공동체와 같은 1차 생산자 및 소비자는 곰팡이 및 고세균과 함께 원양 먹이 그물의 기반을 구성하며 이들의 대사 활동은 전 세계 원소 순환에 큰 영향을 미칩니다6,7,8,9,10,11,12 ,13. 종속영양 미생물은 영양분을 재활용하고 1차 생산자가 생산한 에너지를 소멸시키기 때문에 먹이사슬에서 더 높은 영양 수준으로의 에너지와 물질의 총 흐름은 미생물 군집 구조와 기능에 크게 의존합니다. 수생 먹이사슬의 기저에 있는 유기체는 먹이사슬 전반에 걸쳐 더 높은 영양 수준에 중요한 바이오매스와 화합물을 생산합니다. 예를 들어, 종속 영양 플랑크톤과 독립 영양 플랑크톤은 모두 고등 유기체에 보편적으로 필요한 비타민의 합성에 중요한 역할을 합니다. 더욱이 물고기는 포식에 의해 직접적으로 또는 포식자 방출에 의해 간접적으로 플랑크톤 군집에 영향을 미칩니다. 따라서 환경 변수와 세균, 식물 및 동물성 플랑크톤의 계절적 역학에 대한 지역적 장기 조사는 먹이사슬의 구조와 기능에 대한 새로운 지식을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

박테리오플랑크톤은 높은 풍부함, 종의 수, 기능적 특성, 다른 미생물과의 수많은 상호 작용 및 더 높은 영양 수준에 기인하여 수생 먹이사슬에서 중추적인 역할을 합니다. 수생 생태계에서 주요 1차 생산자는 식물성 플랑크톤20,21이며, 이는 전 세계 1차 생산자 바이오매스의 0.2%에 불과하지만 순 생산량의 50%를 차지합니다(예: 21,22). 식물성 플랑크톤은 동물성 플랑크톤에 의해 방목되며, 동물성 플랑크톤은 생태계의 생산성에 따라 매일 방목을 통해 1차 생산량의 10~40%를 소비할 수 있는 것으로 추정됩니다23. 중요한 것은 공동체 또는 규모 구조와 생산의 작은 변화라도 어류 생산을 포함한 전체 생태계에 복잡하고 대규모 영향을 미칠 수 있다는 것입니다4,24,25. 그럼에도 불구하고 플랑크톤 영역 내의 여러 영양 수준을 포함하는 연구는 상대적으로 적으며 군집 구성 및 비생물적 매개변수 측정과 함께 총 바이오매스 추정치를 거의 다루지 않습니다8,26,27,28,29,30,31,32.

0.125 kg m−3, compared to the surface density73. Over the sampling time span, 13 sampling occasions had a mixed layer depth between 0 and 1 m, which could be caused by the stabilization time being too short. However, all samplings are presented as this was considered to have limited effects on the interpretation of our results. In addition, STRÅNG data (sunshine duration and PAR) were extracted from the Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI) and produced with support from the Swedish Radiation Protection Authority and the Swedish Environmental Agency. Spearman correlations to investigate relationships among biotic and abiotic parameters used the complete dataset with individual samplings. To investigate relationships among bacterio-, phyto- and the large mesozooplankton community composition, Spearman correlations for relative biomasses of bacterio-, phyto- and large mesozooplankton were used and in addition to the five taxonomical groups of large mesozooplankton presented in Fig. 1. Litostomatea (principally Mesodinium rubrum) is a mixotroph74,75 but was here considered a predator in the analysis. The output from the analysis was visualized using the “circlize” package76 in combination with the “ComplexHeatmap” package77. ‘Other zooplankton’ included specimens from the classes Thecostraca, Bivalvia, Malacostraca, Gastropoda, Clitellata, Ostracoda, Polychaeta, Thaliacea, Oligotrichea as well as specimens of the phyla Chaetognatha, Echinodermata and unidentified. Contribution to the relative biomass was always < 2% for each separate class/phyla included in ‘Other zooplankton’./p> 10 µg L−1 (Fig. 1f; Fig. S1f.). Phytoplankton biomass displayed a similar pattern compared to Chl a, with a spring bloom in April (days 91–120), reaching ~ 250 mg C m−3. During late spring, phytoplankton biomass had decreased to around 100 mg C m−3 (Fig. 2c) and a second peak was reached by mid-summer (July, 182–212) at ~ 200 mg C m−3. Subsequently, biomass stabilized around 100 mg C m−3 and decreased to winter values in December-January (25–50 mg C m−3). Phytoplankton were quantified using slightly different analytical methods during 2011–2014 compared to 2015–2018 (see material and methods) indicating that separate analysis of the two time periods is necessary. Biomass did not display a large interannual variability during the two periods 2011–2014 and 2015–2018 when analyzed separately. However, biomass was higher throughout the first period compared to the later (Fig. S4b). This result was probably related to the differences in the analytical procedure for the two time periods. Total biomass of large mesozooplankton displayed a seasonal trend with winter biomass of ~ 1 mg C m−3, followed by a rapid increase in mid-spring (May, days 121–151) peaking during early summer (June, days 152–181)) with large mesozooplankton biomass of ~ 10 mg C m−3 being stable for about a month (Fig. 2e). Towards the end of July (day 212), large mesozooplankton started to decrease and by autumn reached ~ 5 mg C m−3. The biomass of large mesozooplankton displayed low interannual variability, with similar seasonality among the years (Fig. 2e; Fig. S4c)./p> 0.05./p> 39% of the total carbon in the plankton food web. During spring, phytoplankton carbon and its relative contribution was highest (65%), whilst reaching minimal values in winter (39%). During summer and autumn, phytoplankton carbon was at a similar level, considering both amount and relative contribution (Fig. 6; Table S2). Litostomatea (exclusively the ciliate M. rubrum) made a noteworthy contribution to total carbon in the plankton communities, comprising > 20% of the total carbon throughout all seasons. During winter, Litostomatea had the lowest carbon levels, whilst the highest levels were found during summer. For most of the seasons, large mesozooplankton carbon and relative contribution was low (1–3%), except during summer when values peaked (7%). During winter and spring, large mesozooplankton carbon was at its lowest. Autumn large mesozooplankton carbon was two times higher than winter and spring levels (Fig. 6; Table S2)./p> 55% of the community (average per season). Yet, other taxa such as Appendicularia appear to have a significant role in the Baltic Sea in relation to copepods and cladocerans. Small-sized zooplankton were not included in this study, due to the sampling technique, making inferences about them in terms of abundance and biomass in relation to large mesozooplankton impossible. However, other studies have shown that small-sized zooplankton, such as rotifers and small cladocerans, play a critical role, both in terms of biomass and abundance, in the Baltic food web8,10. Furthermore, ciliates (Litostomatea; M. rubrum) also contributed to a large fraction of the carbon pool throughout the year, although some studies suggest that their life-style is dominated by autotrophy74,75, questioning their importance as predators. This suggests that a diverse and dynamic plankton community should be considered when assessing the food web structure, which could help explain the interactions in the planktonic realm./p>