Oceanografische gegevens visualiseren om langetermijnveranderingen in fytoplankton weer te geven

Fytoplankton is een primaire producent die de basis vormt van het voedselweb in aquatische ecosystemen ^1,2. Hoewel fytoplanktonmonitoringprogramma’s essentieel zijn voor het identificeren van huidige en toekomstige veranderingen in mariene ecosystemen, neemt hun steun in de loop van de tijd af ³. Door hun relatief korte generatietijden en beperkte mobiliteit zijn fytoplankton bijzonder gevoelig voor klimaatverandering, waardoor ze een belangrijk hulpmiddel zijn bij het monitoren van tijdreeksen. Tijdreeksen van fytoplankton zijn ook belangrijk voor het informeren van ecosysteemgebaseerd beheer van de beschikbaarheid van hulpbronnen en het bieden van context voor episodische gebeurtenissen, zoals mariene hittegolven⁴. Kortetermijntijdreeksen, over de kwestie van jaren, geven inzicht in de opvolging van fytoplanktongemeenschappen en seizoensdynamiek (bijv. ^ref.5,6), terwijl tijdreeksen op lange termijn, zoals de Bermuda Atlantic Time Series (BATS) en Hawaii Ocean Times Series (HOTS)-programma’s, meer dan twee decennia beslaan en de detectie van langetermijntrends mogelijk maken ^7,8. Dergelijke studies illustreren het voordeel en het belang van een sterk opgelost fytoplanktonrecord voor een volledig begrip van ecosysteemveranderingen op lange termijn in dynamische mariene omgevingen. Verder is het visualiseren en communiceren van deze veranderingen in fytoplankton, die niet met het blote oog kunnen worden gezien, moeilijker te begrijpen dan voor organismen die groot en goed zichtbaar zijn, zoals vissen en walvissen. Computervisualisaties bieden een techniek om complexe datasets te verkennen⁹ en verbeterde illustratieve afbeeldingen komen direct beschikbaar (bijv. Integration and Application Network, University of Maryland Center for Environmental Science). De meeste studies in de ecologie van fytoplankton, waaronder veel waarnaar hier wordt verwezen, presenteren echter nog steeds alleen resultaten als datagrafieken die hun toegankelijkheid voor een algemeen publiek verminderen. Gezien het feit dat fytoplankton de basis vormt van het voedselweb in de meeste mariene systemen, is het van cruciaal belang om het belang ervan te communiceren aan de bijna 2.4 miljard mensen die in de kustoceaan leven¹⁰. Hier hebben we een protocol ontwikkeld met als doel de diversiteit en omvang van fytoplankton te visualiseren, zoals verzameld door een fytoplanktonmonitoringsprogramma.

De Narragansett Bay Plankton Time Series (NBPTS) biedt een langetermijnperspectief van 60+ jaar (1959-heden) op de effecten van wereldwijde verandering binnen een klimaatcontext op de overvloed aan fytoplankton, seizoensgebondenheid en fenologie (levensgeschiedenis). Narragansett Bay (NBay) is een kustestuarium dat verbonden is met de bredere systemen van het noordoostelijk plat van de VS en de noordwestelijke Atlantische Oceaan, waarvan de productie belangrijke implicaties heeft voor de visserij en het menselijk gebruik langs de kust van de ^VS.11. NBay wordt beschouwd als een zeer seizoensgebonden systeem dat langdurig (1950-2015) opwarmende wateren in de regio ervaart, evenals verschuivingen in voedingsstoffen en een toename van de helderheid van het water^12,13. Bovendien is er in de bovenloop van de NBay een afname van de fytoplanktonbiomassa opgetreden als gevolg van antropogene afnames van opgeloste anorganische stikstof, die gedeeltelijk wordt toegeschreven aan upgrades in afvalwaterzuiveringsinstallaties¹². Verschuivingen in fytoplanktontaxa, met name schadelijke algenbloei (HAB’s), doen zich ook voor in NBay. Pseudo-nitzschia spp., die alomtegenwoordige giftige bloei produceert in opwellingsgebieden langs de westkust van de VS, leidde in 2016 en 2017 voor het eerst in de geschiedenis van NBay tot opmerkelijke sluitingen van schelpdieren 14,15,16. Het communiceren van deze veranderingen aan een divers publiek is belangrijk voor het vergroten van de wetenschappelijke geletterdheid en voor het bevorderen van voortdurende ondersteuning van fytoplanktonmonitoringstudies.

Het doel van dit project was om microscopische beelden van fytoplankton van NBay te gebruiken, evenals gegevens gesynthetiseerd van NBPTS, om de letterlijke verschuivingen in fytoplanktontaxa en biomassa die zich voordoen in NBay te visualiseren om het belang van fytoplankton aan het grote publiek te communiceren en te vergroten. NBPTS biedt 60+ jaar openbaar beschikbare wekelijkse fytoplanktontellingen en biomassa om gebruik te maken van gegevens van (https://web.uri.edu/gso/research/plankton/). Het eindproduct was een grote muurschildering van planktonpatronen die representatief zijn voor de tijdreeksgegevens (bijv. fytoplankton, biomassa en taxa, temperatuur) in het kunstwerk zelf. Deze benadering vertegenwoordigt een visualisatiemethode die kan worden gebruikt voor vele andere planktontijdreeksen over de hele wereld en kan ook worden aangepast voor monitoringprogramma’s met kortetermijn, seizoensgebonden gegevens. De voordelen van het implementeren van dit protocol zijn onder meer toenemende inspanningen op het gebied van datavisualisatie, wetenschapscommunicatie, onderwijs en betrokkenheid bij lokale gemeenschappen.