• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Skamieliny alg rzucają światło na adaptację do globalnego ocieplenia

    04.09.2013. 15:58
    opublikowane przez: Redakcja

    Kiedy myślimy o globalnym ociepleniu, zwykle pierwsze co przychodzi do głowy to: antropogeniczne emisje CO2. Sama industrializacja przyczyniła się do wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi, prowadząc do takich zjawisk, jak topnienie lodowców, uszkodzenia ekosystemów, pustynnienie czy coraz większe niedostatki wody pitnej. Trudno jest kwestionować jej wiodącą rolę, niemniej nadal pozostają pytania o dokładne konsekwencje globalnego ocieplenia.

    A co jeśli kiedyś było już podobnie? Chcąc lepiej zrozumieć zmiany klimatu, naukowcy z finansowanego ze środków unijnych projektu PACE (Precedensy adaptacji alg do atmosferycznego CO2 - nowe wskazówki dotyczące eukariotycznej reakcji alg na zmiany w stężeniu CO2 w ciągu ostatnich 60 milionów lat) spojrzeli daleko w przeszłość. Ich badania przynoszą dowody na ścisłe powiązanie pomiędzy spadkiem stężenia CO2 w atmosferze a ochłodzeniem, przy czym okresy zlodowaceń wymagające pełniejszego wyjaśnienia przez naukowców przypadają na okres od 10 do 2 milionów lat temu.

    Naukowcy przeprowadzili niedawno badania pod tytułem "Reakcja progowa alg morskich w późnym miocenie na ograniczenie ilości dwutlenku węgla", które opisano w czasopiśmie Nature. Dają one pierwszy jak dotąd dowód na to, że efekt cieplarniany spowodował wzrost temperatury w tamtym okresie, który był cieplejszy niż dzisiejszy klimat i cechował się stężeniami CO2, jakich obecnie spodziewamy się w XXI wieku. Jak dotąd jedyne bezpośrednie pomiary poziomu CO2 ograniczały się do ostatnich 800.000 lat i choć wykazały ścisłą zależność między temperaturą a stężeniem CO2, twierdzenie to opierało się na danych z okresów zimniejszych od obecnego.

    Nowe badania polegały na analizie historii adaptacji alg morskich do rosnącego stężenia CO2, która - jak się okazuje - zachodzi znacznie szybciej niż sądzono. Algi to znakomity wskaźnik stężenia CO2 w atmosferze, ponieważ jest ono kluczowe dla procesu fotosyntezy. Kiedy stężenie CO2 jest niskie, fotosynteza nie może zachodzić szybko, co zmusza rośliny do stosowania mechanizmów obronnych. W przypadku alg mechanizm ten polega na wykorzystywaniu i transportowaniu węgla dostępnego w oceanie w innej postaci, np. wodorowęglanu. A ponieważ te procesy wymagają dodatkowej energii i składników odżywczych, można się spodziewać, że gdy tylko stężenie CO2 w atmosferze wzrośnie, algi przestaną ów mechanizm stosować.

    Naukowcy opracowali nowy wskaźnik, pozwalający wytropić moment, w którym algi przestały korzystać z dodatkowych źródeł węgla. Niektóre algi wytwarzają mikroskopijne muszle, które odkładają się na dnie morskim - dokładnie tak, jak małże wykształcają muszle, które gromadzą się na brzegu - i które można wykorzystać do zbadania, jak pradawne algi radziły sobie z CO2 za życia. Uzyskane wyniki pozwoliły rzucić nieco światła nie tylko na adaptację alg do zmian w stężeniu CO2, ale także na historię tego stężenia w atmosferze.

    Nowy model transportowania węgla przez komórki alg pokazuje, że kiedy komórka potrzebuje dodatkowego "paliwa", jak wodorowęglan, do kontynuowania wzrostu, zachodzi zmiana w chemicznym składzie muszelek. Na podstawie badań chemicznych skamieniałych muszelek, które pojawiały się w oceanie w różnych okresach w ciągu ostatnich 60 milionów lat, autorzy wykazali, że algi zaczęły intensywnie korzystać z dodatkowych źródeł węgla stosunkowo niedawno, około 7-5 milionów lat temu.

    Pojawienie się adaptacji w tym okresie jest zaskakujące - jak twierdzą naukowcy. Aż do rewolucji przemysłowej, klimat Ziemi powoli, przez dziesiątki milionów lat, ochładzał się. Najpierw pokrywa lodowa pojawiła się na Antarktyce - około 33 miliony lat temu, a potem na Grenlandii - około 2,5 miliona lat temu. Proces ochładzania był ogólnie powiązany ze stopniowym osłabianiem się efektu cieplarnianego, kiedy to CO2 było powoli usuwane z atmosfery w naturalnie zachodzących procesach. Istnieją dowody wskazujące na duże spadki stężenia CO2 33 miliony lat temu, zbiegające się z początkiem zlodowacenia antarktycznego.

    Jednak historia atmosferycznego CO2 w ciągu ostatnich 10 milionów lat jest przedmiotem wielu kontrowersji, ponieważ sporo badań sugeruje, że poziom CO2 pozostawał niski i niezmienny, mimo długiego okresu ochładzania się klimatu. "Wyniki nowych badań wskazują, iż poziom CO2 spadał i około 7-8 milionów lat temu przekroczył próg krytyczny, co jest spójne z dowodami na ochładzanie się oceanów" - zauważa Heather Stoll, współautorka raportu z badań.

    Badania przeprowadzone z użyciem osadów uzyskanych z Morza Karaibskiego i Południowego Atlantyku wskazują również, iż algi adaptują się przy poziomie CO2 sięgającym około 500 cząstek na milion. Clara Bolton z Wydziału Geologii Uniwersytetu w Oviedo, współautorka badań, wyjaśnia: "Poziomy te zostaną najprawdopodobniej osiągnięte w dalszej części obecnego stulecia z powodu stosowania paliw kopalnych, a adaptacja może nieść za sobą konsekwencje dla ekosystemu na powierzchni oceanu w przyszłości".
    Za: CORDIS


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Fototoinhibicja – to zjawisko hamowania fotosyntezy przy dużych natężeniach światła. Jeśli organizmy fotosyntetyzujące absorbują więcej światła niż może być wykorzystane w procesach fotosyntezy dochodzi do uszkodzenia aparatu fotosyntetycznego. Zjawisko fotoinhibcji zależne jest nie tylko od natężenie świtała, lecz także od warunków w jakich rośnie roślina. Do fotoinhibicji dochodzi często gdy przy niskich temperaturach ograniczających reakcje enzymatyczne roślina zostanie wystawiona na działanie silnego światła (np. w wiosenne poranki gdy natężenie światła jest duże a temperatura jest bliska zeru, przy przeniesieniu rośliny rosnącej w cieniu na miejsce w pełnym świetle), suszy, zasoleniu gleby. Rośliny posiadają mechanizmy pozwalające na adaptację do zmieniających się warunków świetlnych. Gdy jednak adaptacja do warunków świetlnych okaże się niewystarczająca dochodzi do obniżenia natężenia fotosyntezy mierzonej jako wydzielanie tlenu lub pobieranie CO2. Główna przyczyną obniżenia natężenia fotosyntezy jest uszkodzenie fotoukładu II. Akceptory elektronów, plastochinon A i B, przejmujące elektron wybity z centrum reakcji pozostają trwale w stanie zredukowanym, a centrum reakcji nie jest w stanie odbierać energii od anten fotosyntetycznych. Dochodzi do uszkodzenia białka D1 obecnego w fotoukładzie II, będącego miejscem przyłączenia plastochinonu B . Uszkodzone fotoukłady zostają wyłączone z fotosyntetycznego łańcucha transportu elektronów, aż do czasu degradacji uszkodzonego białka D1 i jego odtworzenia. Brak możliwości przekazania energii do centrum reakcji prowadzi do wytwarzania reaktywnych form tlenu co także może stać się przyczyna uszkodzenia fotoukładu II. Podczas fotoinhibicji dochodzi również do uszkodzenia kompleksu rozszczepiającego wodę z którego odłączane są jony manganu oraz polipeptydy peryferyjne. Pod pojęciem klimat rozumie się średni stan atmosfery i oceanu w skalach od kilku lat do milionów lat. Zmiany klimatu wynikają z czynników zewnętrznych takich jak ilość dochodzącego promieniowania słonecznego lub czynników wewnętrznych takich jak działalność człowieka (zmiany antropogeniczne) lub wpływ czynników naturalnych. W ostatnich latach termin „ogólna zmiana klimatu”, używany jest w kontekście globalnego ocieplenia i wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi, ale rozważane są scenariusze powodujące oziębienie powierzchni Ziemi (np. wywołane odbiciem energii słonecznej od zwiększonej pokrywy chmur lub aerozoli atmosferycznych). Efekt tęczówki w meteorologii – kontrowersyjny mechanizm klimatycznego sprzężenia zwrotnego wiążącego parę wodną, temperaturę oceanu i pokrywę wysokich chmur w tropikach. Według tej hipotezy klimatycznej zwiększona temperatura oceanu związana z globalnym ociepleniem prowadzi do zmniejszenia pokrywy chmur w atmosferze tropikalnej. W związku z tym powierzchnia ziemi może wyemitować więcej energii cieplnej – co prowadzi do oziębienia. Wobec tego zwiększona ilość pary wodnej, w tej hipotezie, prowadzi do stabilizacji klimatu. Nazwa tęczówka jest analogią do fizjologii oka, którego tęczówka może się zwężac lub rozszerzać regulując ilość dochodzącego światła.

    Olej z alg – brązowe algi macerowane najczęściej w oleju sojowym. Ma on zielonkawy kolor oraz świeży, morski zapach. Zawiera środki konserwujące (najczęściej butylowany hydroksytoluen lub fenoksyetanol), ponieważ bardzo szybko się psuje (dotyczy to wszystkich produktów, które zawierają algi). Ochłodzenie w latach 535–536 – jedno z najbardziej dotkliwych zakłóceń klimatu na północnej półkuli ziemskiego globu w ciągu ostatnich dwóch tysięcy lat. Jakkolwiek dokładna przyczyna tej klimatycznej aberracji nie jest znana, to przypuszcza się (m.in. na podstawie badań), że było ono skutkiem zimy wulkanicznej podobnie jak tzw. "rok bez lata" w 1816, który był skutkiem wyrzucenia w kwietniu poprzedniego roku w wysokie warstwy atmosfery znacznej ilości popiołów i gazów wulkanicznych przez wulkan Tambora.

    Katastrofa tlenowa – wielkie przemiany środowiska naszej planety w okresie paleoproterozoiku około 2,4 miliarda lat temu. Gdy około 2,7 mld lat temu pojawiły się pierwsze formy posiadające zdolność fotosyntezy tlenowej, zaczęły one wytwarzać znaczne ilości tlenu, jednak wzrost jego ilości w atmosferze wystąpił ponad 300 mln lat później. Tłumaczy się to tym, że pierwsze cząsteczki tlenu wydzielane były do wody, tlen ten reagował z żelazem i z węglem. Mega to przedrostek wielokrotności jednostki miary wielkości fizycznych o mnożniku 10 = 1 000 000 (milion), oznaczany symbolem M.

    Sampling, sampling probabilistyczny – w archeologii, jedna z technik prowadzenia badań powierzchniowych. Przedmiotem badań są fragmenty interesującego nas rejonu na których prowadzi się szczegółowe badania. W przypadku kiedy zachodzi konieczność szybkiego przeprowadzenia badań i równocześnie brakuje środków finansowych lub czasu, archeolodzy decydują się na zastosowanie tego rodzaju badań. Globalne zaciemnienie (ang. global dimming) – zjawisko polegające na zaobserwowanej redukcji (średnio o około 5%) promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Proces zaciemniania zarejestrowany został w latach 1961-1990 i miał związek z gromadzeniem się w atmosferze ziemskiej sadzy i aerozoli, powstających przede wszystkim w wyniku działalności człowieka. W dekadzie 1990-2000 zaobserwowano jednak globalne rozjaśnienie (zwłaszcza nad Europą), co powiązano ze spadkiem ilości pyłów w najniższych warstwach atmosfery. Zjawisko zaciemnienia pozostawało długo w sprzeczności z obserwowanym równocześnie globalnym ociepleniem, ponieważ mimo ograniczenia promieniowania słonecznego, w ciągu XX wieku temperatura najniższych warstw atmosfery wciąż rosła. Jednak wyjaśniono tę sprzeczność poprzez przedstawienie tych zjawisk (globalnego zaciemnienia i ocieplenia) jako procesów o przeciwstawnym wpływie na średnią temperaturę na Ziemi.

    Efekt cieplarniany – zjawisko podwyższenia temperatury planety powodowane obecnością gazów cieplarnianych w atmosferze. Zmiany powodujące wzrost roli efektu cieplarnianego mogą być jedną z przyczyn globalnego ocieplenia.

    Tendencja ciśnienia atmosferycznego to zmiana ciśnienia w czasie. Na mapach synoptycznych nanosi się tendencję ciśnienia graficznie. Wartość tendencji ciśnienia (pp) opisuje się na mapie synoptycznej (model stacji synoptycznej) w hPa za ostatnie 6 godzin z dokładnością do 0.1 hPa (przecinki są pominięte, + oznacza wzrost ciśnienia, - oznacza spadek ciśnienia ) w postaci strzałki składającej się z dwóch prostych. Pierwsza prosta (lewa) stanowi jaka była tendencja od 6 do 3 godzin temu, druga (prawa) jaka w ciągu ostatnich 3. Tendencja spadkowa oznaczana jest wówczas, kiedy ciśnienie spadnie o co najmniej 2 hPa w ciągu 3 godzin, a tendencja wzrostowa odwrotnie: gdy ciśnienie wzrośnie o co najmniej 2 hPa w ciągu 3 godzin.

    Chmury – obserwowane w atmosferze skupiska kondensatów substancji występującej w postaci pary. W atmosferze ziemskiej jest to para wodna. Ochładzanie zmniejsza zdolność powietrza do zatrzymywania pary wodnej. Ochładzanie do temperatury punktu rosy powoduje nasycenie pary wodnej (saturację), dalsze ochładzanie wywołuje przesycenie i kondensację. Kondensacja i parowanie (w przypadku chmur wodnych) oraz depozycja i sublimacja (w przypadku chmur lodowych) zachodzą w atmosferze na chmurowych lub lodowych jądrach (zarodkach) nukleacji.

    Dodano: 04.09.2013. 15:58  


    Najnowsze