Adapting to a changing Arctic: Investigating eco-physiological responses of diatoms to climate-driven pH and temperature shifts.

Abstract

Anthropogenic increases in atmospheric CO₂ are altering ocean conditions, causing rising temperatures and acidification. This affects marine biodiversity, including phytoplankton growth and distribution, increasing the risk for harmful algal blooms. This study analyses the composition of the spring phytoplankton bloom in Krossanes, East Iceland in 2024 at three depths (0 m, 10 m, 30 m) and two stations: coastal Krossanes 2 and offshore Krossanes 6. Species identification and enumeration revealed dominant taxa within the bloom and highlighted presence of several harmful algal species. Chaetoceros convolutus and Corethron cf. hystrix/pennatum were dominant at Krossanes 2, both harmful species capable of damaging fish gills. Pseudo-nitzschia delicatissima was present at both stations, although more abundant at Krossanes 6. Some Pseudo-nitzschia species produce domoic acid, a dangerous biotoxin. While P. delicatissima is generally considered low or non-toxin producing, some strains may become toxic under changing environmental conditions, highlighting a need for focused scientific research on this species and their potential toxicity. Multi-stressor experiments were conducted using strains of P. delicatissima, isolated from Krossanes. The ecophysiological responses to changes in temperature and pCO₂ were assessed, simulating predicted ocean conditions for the year 2100. Cell counts, temperature and pH were monitored daily, and measurements of chlorophyll a, nutrients, total alkalinity, and domoic acid were taken at the start and end of each experiment.P. delicatissima exhibited highly enhanced growth under elevated temperature, slight inhibition under higher pCO₂, and no interaction between stressors. No domoic acid production was detected, but if future strains become toxic and warmer conditions promote blooms, it could have consequences for the ecosystem and human health.

Loftslagsbreytingar af mannavöldum, einkum aukning koltvísýrings í andrúmslofti, hafa áhrif á hafið með hækkandi hita og aukinni súrnun. Þetta hefur áhrif á líffræðilegan fjölbreytileika sjávar, þar á meðal vöxt og útbreiðslu svifþörunga, og eykur hættu á skaðlegum þörungablóma. Í þessari rannsókn var samsetning vorblóma svifþörunga í Krossanesi á Austurlandi árið 2024 greind á þremur dýptum (0 m, 10 m, 30 m) við tvær stöðvar: strandsvæðisstöðinni Krossanes 2 og úthafsstöðinni Krossanes 6. Tegundagreining og frumutalningar leiddu í ljós ríkjandi þörunga í blómanum og bentu á tilvist nokkurra skaðlegra tegunda. Chaetoceros convolutus og Corethron cf. hystrix/pennatum voru ríkjandi við Krossanes 2; báðar eru skaðlegar tegundir sem geta valdið skemmdum á tálknum fiska. Pseudo-nitzschia delicatissima fannst við báðar stöðvar, en í meiri þéttleika við Krossanes 6. Sumir stofnar innan Pseudo-nitzschia geta framleitt dómósýru, hættulegt lífeitur. Þótt P. delicatissima sé yfirleitt talin lítt eða ekki eitruð, geta ákveðnar aðstæður leitt til eiturmyndunar, sem undirstrikar þörf fyrir áframhaldandi rannsóknir á þessari tegund og mögulegri eiturframleiðslu. Til að kanna áhrif breytinga í hafinu í framtíðinni voru álagstilraunir framkvæmdar með stofnum P. delicatissima sem einangraðir voru úr Krossanesi. Metin var lífeðlisfræðileg svörun við breytingum á hitastigi og pCO₂ til að líkja eftir skilyrðum sem búist er við árið 2100. Frumutalningar, hitastig og sýrustig voru mæld daglega og mælingar á blaðgrænu a, næringarefnum, heildarbasagildi og dómósýru voru framkvæmdar í upphafi og lok hverrar tilraunar. P. delicatissima sýndi mjög aukinn vöxt við hækkað hitastig, örlítið minni vöxt við aukið pCO₂ og engin víxlverkun kom fram milli álagsþátta. Ekki greindist dómósýra, en ef stofnar verða eitraðir og hlýnandi skilyrði stuðla að stærri blómum, gæti það haft alvarleg áhrif á vistkerfi og heilsu manna.