Alfred C. Redfield. Empiricky stanovil poměr prvků v mořské organické hmotě a to jak pro žijící, tak i mrtvé organismy. Relativní poměr C:N:P = 106:16:1. měl být platný jak pro příbřežní oblasti, tak v otevřeném oceánu, ale i co do hloubky vodního sloupce. (Kredit: Wikipedia)

Naše představy o koloběhu uhlíku (oxidu uhličitého) v oceánech je třeba revidovat.  Vědci z  University of California se svými kolegy z Princetonu, Bermud a Maine, zveřejnili v časopisu Nature Geoscience poznatky, které náš pohled na oceány v mnohém mění.  Tělíčka bilionů titěrných organismů, kterým říkáme mikro-plankton,  jsou v teplých vodách mnohem bohatší na uhlík, než se soudilo. Jak se ukazuje, teplotní výkyvy snadno zajistí, že například Prochlorococcus a jiní mikrobi, začnou absorbovat  dvojnásobek dříve vypočtených hodnot uhlíku, což má následně s prognózami vývoje klimatu notně zamávat.

Ekologická stechiometrie
To, že kvalita potravy ovlivňuje řadu věcí si nemusíme zdůrazňovat. Jenže co je to, co ovlivňuje fyziologické funkce konzumenta, když různí požírači mají různé chutě a požadavky?
Právě tím, jak složení potravy ovlivňuje konzumenta, se zabývá ekologická stechiometrie. Točí se okolo takzvaného Redfieldova poměru. Oceánograf Alfred Redfield už v roce 1934 dospěl k zajímavému poznatku – plankton světových oceánů, stejně jako rozpuštěné látky v daném místě a to od vrchních vrstev až do jejich chladných, temných hlubin, si zachovává přibližně stejný atomární poměr uhlíku, dusíku a fosforu a ten je: 106:16:1.  Jinak řečeno, na každý 1 atom fosforu připadá 16 atomu dusíku a 106 atomů uhlíku.  Nemusíme se přesvědčovat o tom, jak mocným hráčem na Zemi oceány jsou a jaký je jejich vliv na veškeré dění na planetě. Redfieldův poměr se proto stal Pojmem. Na jeho obecně uznávané platnosti staví i předpovědi vývoje klimatu na naší planetě. Někteří kverulanti sice již dříve upozorňovali, že tu a tam ve vodě naměřili něco jiného, ale v globálu se stále mělo za to, že celkově uvedený poměr sedí. V současnosti se spíše používá vylepšená verze Redfieldova poměru o železo. Magické jedničky a šestky v něm ale zůstaly. Jeho delší, verze tedy je:   106 C:16 N:1 P:0.1-0.001 Fe.

 
Ale jako ví každý zahradník, který si nechal udělat rozbor půdy, množství biogenních prvků se může místně velmi lišit. Také tato nová studie to potvrzuje. Říká, že to s tím poměrem ukládání prvků v biomase oceánů až tak rigidní nebude. Poměry v různých mořských lokalitách se liší a to dokonce dramaticky. Důležitější než hloubka oceánu se ukazuje být  „šířka“. V teplých, na živiny chudých oblastech, se to s uhlíkem má následovně (195:28:1). Na rozdíl od „hladových“ rovníkových oblastí, kde se v planktonu ukládá uhlíku málo, v chladných, živinami bohatých polárních oblastech je poměr zcela jiný (78:13:1). Podle vyjádření zástupce Bigelow Laboratory for Ocean Sciences tím Redfieldův koncept, označovaný za ústřední princip biologie a chemie oceánů, byl novým poznatkem odsouzen k zatracení. Podle jiných oceánologů jen utrpěl silné šrámy.
 

Adam Martiny: „Redfieldův poměr není nic stabilního. V chladných vodách má hodnotu 78:13:1, při oteplení je potřeba spíše počítat s poměrem 195:28:1.“ (Kredit: University of California, Irvine)

No a co?
Nic. Jen to, že rozvržení uhlíku, fosforu a dusíku  se tím výrazně změnilo, navíc poměr ukládání uhlíku vykazuje výrazné "zeměpisné vzory" a tyto hodnoty se s teplotou mění. S ničím takovým ale prognostické modelování změn klimatu nepočítalo. Budeme tedy muset vzít v úvahu, že poměr obsahu prvků v  planktonu není konstantní a propočty ukládání a koloběhu uhlíku z tohoto pohledu přepracovat. I když v publikaci zmiňované mořské sinice  Prochlorococcus patří k nejmenším fotosyntetizujícím mikroorganismům (nedosahují ani jednoho mikrometru), představují současně nejhojněji se vyskytující druh na Zemi a jediný mililitr vody jich obsahuje i 100 000. V oceánech jich může být až 100 octillionů (deset na dvacátou devátou). Vlastně nás to asi mělo trknout už dříve, že mikroplankton bude do koloběhu uhlíku mluvit mnohem hlasitěji. I proto, že se o něm již delší dobu ví, že z celkového množství kyslíku produkovaného fotosyntézou jen zde jmenované sinice ho tvoří 20 %. Jde zároveň o významnou složku potravního řetězce v oceánu a nově i s teplotou se měnícího se hráče v oblasti koloběhu CO2. Důvěryhodnost dlouhodobých prognóz, které braly za základ Redfieldův poměr z třicátých let minulého století, se tak posunula zase o něco blíže směrem k věštění z křišťálové koule. 

Prochlorococcus. Sinice, která patří k nejmenším fotosyntetizujícím mikroorganismům, mění naše představy o koloběhu uhlíku na Zemi. (Kredit: MIT)

Adam Martiny, vedoucí týmu z UC Irvine se svými kolegy staví svou kritiku na poznatcích sedmi expedic, při nichž odebírali vzorky a při nichž se jejich sbírka postupně rozrostla o „skleničky“ z mrazivého Beringova moře, Severního Atlantiku z oblasti Dánska až po vody Karibiku. Během plaveb odebrané vzorky vyhodnocovalo důmyslné zařízení v ceně jednoho milionu dolarů a tak nějaké větší nepřesnosti by v nich neměly být. Jejich "Cell sorter" nejen stanovoval počty buněk, ale prováděl jejich rozbor na molekulární úrovni. Porovnání vlastních dat s výsledky jiných týmů, které na obdobných plavbách sledovaly podobné cíle, nakonec vyústilo v kritiku stability Redfieldova poměru. Výtka na samotného oceánografa Redfielda ale nemíří. Spíše mu dává za pravdu.  Byl totiž také prvním, kdo upozorňoval na to, že jím zjištěný poměr se může mnohde lišit a že dělat z něj něco „globálního“, by se mohlo vymstít. Bohužel právě to z jeho odkazu jaksi vyšumělo a ze zmíněné konstanty se stala mantra a jádro učebnic. To nejhorší na tom asi je, že na globální platnosti magických čísel 106:16:1 byly  postaveny  výpočty spojené s oteplováním a ukládáním skleníkového plynu CO2 a staly se základem dlouhodobých prognóz vývoje klimatu. I když se Martiny ve své práci klimatu nevěnuje, komentáře po vyjití jeho článku se týkají právě této souvislosti. Vesměs se shodují na konstatování, na jak chatrných základech globální oteplování stojí a proč ti, kteří si to začali uvědomovat, svou rétoriku postupně mění z „oteplování“  na  „globální změny klimatu“. Proto se ani nelze moc divit oponentům z řad klimaskeptiků, že si ze všeho začali tropit žerty ve smyslu, že už není daleko doba, kdy hodně klimatologů začne otáčet ještě více  a místo růstem teplot začnou prognózovat globální ochlazování. Třeba jen proto, aby se mohli dál vézt na vlně strachu, na který společnost při uvolňování prostředků na výzkum tak dobře slyší. 

Prameny: Nature Geoscience DOI: 10.1038/NGEO1757,  University of California, Irvine