Czy poziom zasolenia wody morskiej ma wpływ na skład izotopowy roślinności podwodnej?

W tym wpisie przedstawię wam wyniki badań, które zostały opublikowane w artykule pn.: „Stable carbon isotopic composition of dissolved inorganic carbon (DIC) as a driving factor of aquatic plants organic matter build-up related to salinity” , co w wolnym tłumaczeniu  oznacza: Skład stabilnych izotopów węgla w rozpuszczonym węglu nieorganicznym jako czynnik napędzający gromadzenie się materii organicznej roślin wodnych związany z zasoleniem.

Badania były prowadzone dwuetapowo. Najpierw, w 2014 roku będąc na stażu w Estonii pobrałem materiał do badań izotopowych, które planowałem zrealizować w laboratorium we Francji w ramach małego grantu. W 2015 roku otrzymałem finansowanie i wyjechałem na miesiąc na staż do Francji. 

Artykuł powstał dzięki współpracy z koleżanką z Estońskiego Instytutu Morskiego oraz kolegą, którego poznałem w laboratorium izotopowym w Thiverval-Grignon pod Paryżem. Szefowa laboratorium wyraziła zgodę na moje badania w ramach wyżej wymienionego małego grantu (działania w ramach dużego Europejskiego projektu ExpeER, którego stronę internetową znajdziecie tutaj – niestety opis mojego projektu nie znalazł się na stronie, gdyż byłem jednym z ostatnich uczestników i widoczne mój raport zbiegł się z zakończeniem tego i tak przedłużonego już projektu). Laboratorium to było wówczas częścią infrastruktury Narodowego Instytut Techniki dla Nauk o Życiu, Żywności i Środowisku – w skrócie AgroParisTech.

Przedmiotem badań była roślina dość powszechnie występująca na całym świecie (poza Antarktydą i północnym kołem podbiegunowym w Arktyce), czyli rdestnica grzebieniasta (Stuckenia pectinata (L.) Böerner 1912 syn. Potamogeton pectinatus L. 1753). Roślina ta występuje w wodach słodkich oraz słonawych i jest gatunkiem charakterystycznym bardziej dla żyznych wód, czyli wód eutroficznych. Materiał roślinny do badań izotopowych pobrałem przy okazji uczestnictwa w badaniach monitoringowych innej rośliny na Morzu Bałtyckim, w okolicach linii brzegowej lądowej części Estonii i jej wysp Saremy i Hiumy. W celu uzyskania gradientu zasolenia do badań włączyłem również Jezioro Maardu, zlokalizowane w pobliżu stolicy Estonii, czyli Tallinna. Jako tło środowiskowe pobrałem wodę do analiz izotopowych węgla w rozpuszczonym węglu nieorganicznym w wodzie. W terenie zbadaliśmy również zasolenie, temperaturę, głębokość, z której pobraliśmy próbki oraz odczyn pH wody. Materiał roślinny został podzielony na liście i łodygi i w taki sposób został sproszkowany i poddany analizie we francuskim laboratorium. Oprócz ustalenia składu stabilnego izotopów węgla, dla większości materiału roślinnego, dokonałem również ekstrakcji prostych fenoli wchodzących w skład ligniny. Z uwagi na to, iż chciałem mieć również sygnał izotopowy tych prostych fenoli ligniny wyekstrahowany materiał został zamrożony. W takiej formie czekał (do połowy 2016 roku) na skalibrowanie odpowiedniej metody przez kolegę, który realizował tam dłuższy grant, gdzie również zależało mu na tego typu analizach.

Na postawie uzyskanych wyników, stwierdziliśmy, że skład stabilnych izotopów węgla w materii organicznej był silnie zależny od zasolenia, czyli stężenia jonów różnych soli w wodzie (oczywiście w bałtyckich zatokach zdominowanych przez sole chlorku sodu). Wraz ze wzrostem zasolenia wzrastała ilość cięższego izotopu w badanych próbkach roślin, zarówno liści jak i łodyg (nie stwierdziliśmy istotnych różnic pomiędzy tymi częściami rdestnicy grzebieniastej). Podobnie odnotowaliśmy silną zależność pomiędzy wartościami izotopowymi węgla w rozpuszczonym węglu nieorganicznym w wodzie a składem izotopowym węgla materii organicznej. Z uwagi na tą zależność stwierdziliśmy, iż ten skład izotopowy węgla w „wodzie” ma ogromne znaczenie dla składu izotopowego węgla budowanej przez rdestnicę grzebieniastą materii organicznej. Z uwagi na trudności i lekką niepewność uzyskanych wyników, nie udało nam się jednoznacznie wykazać podobnego typu zależności dla prostych fenoli wyekstrahowanych z materii organicznej. Jednak tak jak przypuszczaliśmy ich skład izotopowy był dużo niższy niż całkowitej materii organicznej, co niejednokrotnie zostało potwierdzone w badaniach innych roślin. Dla rdestnicy grzebieniastej było to pierwsze tego typu badanie.

Podsumowując, przedstawione w tym wpisie badania oraz poprzednie, związane z ramienicami, zapoczątkowały u mnie chęć sprawdzenia jak skład stabilnych izotopów (węgla oraz innych pierwiastków) kształtuje się wzdłuż gradientów środowiskowych, w tym pH wody. Napisze o tym w kolejnych wpisach, gdyż badania w ramach kolejnego projektu są w trakcie realizacji.