Penggerak Sargassum mekar di Samudera Atlantik

Upwelling perairan dalam yang kaya fosfor mendorong simbion pengikat N dari Sargassum alga memberikannya keunggulan kompetitif.

• Setiap tahun, lapisan Sargassum yang luas menyebar melintasi Atlantik tropis, mengotori garis pantai Karibia. Analisis inti bor karang membantu menjelaskan mekanisme yang mendorong pertumbuhan alga coklat ini.
• Perairan dalam yang kaya fosfor, didorong ke permukaan oleh angin, mendorong cyanobacteria pengikat nitrogen yang hidup bersimbiosis dengan ganggang Sargassum dan memasok nutrisi penting bagi mereka di wilayah yang miskin nitrogen ini.
• Memahami bagaimana mekarnya bunga disebabkan dapat meningkatkan prediksi Sargassum peristiwa terdampar

Pada awal Juni tahun ini, sekitar 38 juta ton Sargassum melayang menuju pantai kepulauan Karibia, Teluk Meksiko, dan Amerika Selatan bagian utara, menandai rekor negatif. Terutama selama bulan-bulan musim panas, ganggang coklat menumpuk di pantai, membusuk dan mengeluarkan bau busuk. Hal ini tidak hanya membuat wisatawan enggan datang, namun juga mengancam ekosistem pesisir. Di lautan terbuka, Sargassum rumput laut yang mengapung di permukaan berfungsi sebagai makanan dan habitat bagi banyak spesies laut.

Alga tersebut awalnya berasal dari Laut Sargasso, yang terletak di sebelah timur Florida. Namun, sejak 2011, para peneliti telah berulang kali mengamati apa yang disebut Great Atlantic Sargassum Belt, hamparan rumput teluk raksasa yang melayang dari khatulistiwa menuju Karibia saat angin timur bertiup. Hingga saat ini, sumber nutrisi fosfor (P) dan nitrogen (N) yang mendorong pertumbuhan pesatnya masih belum jelas. Ada hipotesis bahwa limpasan unsur hara dari pemupukan berlebihan dan penggundulan hutan hujan mungkin menjadi penyebabnya. Namun, proses-proses ini tidak dapat menjelaskan peningkatan tersebut Sargassum biomassa yang diamati selama beberapa tahun terakhir.

Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Max Planck Institute for Chemistry kini telah mengungkap mekanisme utama di balik pertumbuhan alga tersebut. Para peneliti juga telah mengidentifikasi kondisi iklim yang memfasilitasi fenomena ini, sehingga memungkinkan mereka mengembangkan sistem prediksi kejadian terdamparnya ikan di masa depan. Sargassum.

Nitrogen ekstra disediakan oleh cyanobacteria yang tumbuh di alga

Dalam edisi terbaru jurnal Nature Geoscience, para peneliti dari Mainz menjelaskan bagaimana upwelling yang didorong oleh angin kencang di dekat khatulistiwa mengangkut fosfor ke permukaan laut dan memindahkannya ke utara menuju Karibia. Peningkatan ketersediaan fosfor ini menguntungkan cyanobacteria yang tumbuh di alga coklat. Bakteri ini dapat menangkap gas nitrogen di atmosfer (N₂) dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh alga, suatu proses yang disebut fiksasi nitrogen. Cyanobacteria diketahui berkoloni Sargassum ganggang, membentuk hubungan simbiosis dimana Sargassum manfaat dari sumber nitrogen tambahan. Menurut studi baru, hubungan simbiosis ini menawarkan keunggulan kompetitif dibandingkan alga lain di Atlantik Khatulistiwa dan dapat menjelaskan perubahan masa lalu dalam ekosistem. Sargassum biomassa.

Isotop nitrogen yang terikat pada inti karang telah menunjukkan tingkat fiksasi nitrogen selama 120 tahun terakhir

Para peneliti telah mengidentifikasi hubungan antara pertumbuhan alga, peningkatan fiksasi nitrogen, dan upwelling perairan dalam yang sejuk dan kaya nutrisi dengan menganalisis inti karang dari berbagai lokasi di Karibia. Karang adalah arsip penting untuk merekonstruksi perubahan masa lalu di lautan karena selama pertumbuhannya, karang memasukkan unsur-unsur kimiawi dari air ke dalam kerangka berkapurnya. Dengan menganalisis lapisan pertumbuhan tahunan karang, yang mirip dengan lingkaran pohon, para peneliti dapat mengungkap perubahan komposisi kimiawi lautan selama berabad-abad yang lalu.

Dalam studi ini para peneliti Max Planck telah menganalisis komposisi isotop nitrogen karang untuk merekonstruksi jumlah nitrogen yang terikat di lautan oleh mikroorganisme selama 120 tahun terakhir.. Selama bakteri fiksasi nitrogen menurunkan rasio isotop nitrogen stabil ¹⁵N ke ¹⁴N di lautan. Jadi, periode rendah ¹⁵N ke ¹⁴N yang dianalisis pada lapisan karang menunjukkan tingkat fiksasi nitrogen yang tinggi. Sampel air laut yang dikumpulkan oleh kapal penelitian Eugen Seibold digunakan untuk mengkalibrasi komposisi isotop nitrogen karang modern yang menunjukkan bahwa mereka mencatat fiksasi nitrogen.

Sejak 2011, pertumbuhan alga dan fiksasi nitrogen terus berjalan seiring

Jonathan Jung, kandidat PhD di Max Planck Institute for Chemistry dan penulis pertama studi ini, menjelaskan, “Pada rangkaian pengukuran pertama, kami melihat dua peningkatan signifikan dalam fiksasi nitrogen pada tahun 2015 dan 2018, yang merupakan rekor dua tahun Sargassum mekar. Jadi kami membandingkan rekonstruksi karang kami dengan rekonstruksi tahunan Sargassum data biomassa, dan kedua catatan tersebut selaras dengan sempurna! Namun pada saat itu, sama sekali tidak jelas apakah ada hubungan sebab akibat.-

Para peneliti mengidentifikasi hubungan setelah memeriksa kedua rangkaian pengukuran. Ternyata tidak hanya nilai maksimum tetapi seluruh rangkaian data pertumbuhan alga dan fiksasi nitrogen, termasuk nilai minimum, telah digabungkan sejak tahun 2011. Penentuan waktu ini penting karena, pada tahun 2010, angin kencang memindahkan alga coklat untuk pertama kalinya dari Laut Sargasso ke Atlantik tropis.

Tim peneliti menyimpulkan bahwa kelebihan fosfor menjadi faktor kuncinya Sargassum berkembang dengan menghilangkan kemungkinan-kemungkinan lain. Salah satu teori sebelumnya menyatakan bahwa debu Sahara yang kaya zat besi, yang sering berhembus dari Afrika hingga Atlantik, mendorong pertumbuhan alga. Namun, masukan debu tidak berkorelasi dengan biomassa. Demikian pula, masukan nutrisi dari sungai Amazon atau Orinoco tidak berkorelasi dengan pengamatan Sargassum mekar.

Mekanisme baru ini dapat digunakan untuk meningkatkan prediksi masa depan Sargassum mekar

Oleh karena itu, dalam publikasi mereka, para peneliti menggambarkan mekanisme di mana fosfor dari upwelling air dalam dan nitrogen dari fiksasi nitrogen mendorong pertumbuhan alga yang diamati selama beberapa dekade terakhir. Ahli geokimia Jung menambahkan: -Mekanisme kami menjelaskan variabilitas Sargassum pertumbuhan lebih baik dibandingkan pendekatan sebelumnya. Namun, masih ada ketidakpastian mengenai apakah dan sejauh mana faktor-faktor lain juga berperan.-

Pasokan fosfor terjadi oleh suhu permukaan laut yang lebih dingin di Atlantik Utara yang tropis dan suhu yang lebih hangat di Atlantik selatan. Variasi suhu ini menyebabkan perubahan tekanan udara, menyebabkan anomali angin yang menggantikan air permukaan dan memungkinkan air kaya fosfor dari laut dalam mengalir masuk.

Menurut peneliti Mainz, mengamati angin, suhu laut, dan perubahan upwelling yang diakibatkannya di Atlantik khatulistiwa dapat meningkatkan prediksi Sargassum pertumbuhan. Alfredo Martínez-García, ketua kelompok di Institut Kimia Max Planck dan penulis senior studi tersebut, menjelaskan -Pada akhirnya, masa depan Sargassum di Atlantik tropis akan bergantung pada bagaimana pemanasan global mempengaruhi proses yang mendorong pasokan kelebihan fosfor ke Atlantik khatulistiwa. Timnya berencana untuk memberikan gambaran lebih rinci tentang proses ini dengan mengukur catatan karang baru dari berbagai lokasi di Karibia. Para peneliti berharap temuan baru ini dapat memandu upaya mitigasi dampak mekarnya bunga terhadap ekosistem terumbu karang Karibia dan komunitas pesisir.