שיטה בעלות נמוכה למדידת התפוקה הראשונית באתרה של קהילות פריפיטון במים לנטיים

פרודוקטיביות ראשונית היא הכניסה היחידה של פחמן אוטוכטוני למערכות הימיות היוצרות את מארג המזון של המערכת כולה¹. לפיכך, הערכה מדויקת של פרודוקטיביות ראשונית היא צעד חיוני לקראת הבנת תפקודן של מערכות אקולוגיות ימיות. אזורים ליטורליים הם אזורים של פרודוקטיביות ראשונית גבוהה ומגוון ביולוגי. בנוסף לפיטופלנקטון, מניחים כי פריפיטון (להלן מחצלות מיקרוביאליות) ומקרו-אצות תורמים באופן משמעותי לפרודוקטיביות הראשונית באזורים ליטורליים². בשל אורח החיים הססגוני וההטרוגניות המרחבית המשמעותית שלהם, כימות התפוקה הראשונית אינו טריוויאלי.

פרודוקטיביות ראשונית מונעת בעיקר על ידי עוצמת אור, טמפרטורה, זמינות של חומרי מזון והפצה של המינים היוניים של מערכת הקרבונט בעומקים המתאימים של אזורים אופוטיים ^3,4. העומק משפיע במידה ניכרת על התפוצה המרחבית של מחצלות מיקרוביאליות. קהילות מיקרוביות חייבות להתמודד עם ההשפעות השליליות של הקרנה גבוהה ושינויי טמפרטורה עונתיים בולטים בעומקים רדודים ועם עוצמת אור נמוכה יותר בעומקים גדולים יותר. בנוסף לשיפוע העומק, אינטראקציות טרופיות דינמיות יוצרות תבניות מרחביות מרובות ומורכבות בקני מידה שונים⁵. מערכת מורכבת זו מסובכת להדמיה במעבדה. הדרך המדויקת ביותר להסיק את הפעילות המטבולית של יצרנים ראשוניים בודדים מאזורי ליטורל היא להקים ניסויים באתרם.

המתודולוגיה שהוצגה במאמר זה מבוססת על שיטת התא המסורתית ^2,6,7, יחד עם דוברה צפה ניתנת להובלה וקלה לבנייה בעלות נמוכה. זה מאפשר מדידה של פרודוקטיביות ראשונית בעומקים שונים תחת ספקטרום האור הטבעי, טמפרטורה והתפלגות שונה של המינים היוניים של מערכת הקרבונט עם העומק. השיטה מבוססת על העיקרון של אור לעומת חמצן בבקבוק כהה, אשר שימש לראשונה למדידת פוטוסינתזה של פיטופלנקטון 6 והוא עדיין בשימוש נפוץ ^6,7. הוא משווה את קצב השינוי בחמצן בבקבוקים המוחזקים באור (הכולל את ההשפעות של פרודוקטיביות ראשונית ונשימה) עם אלה המוחזקים בחושך (נשימה בלבד)⁸. השיטה משתמשת באבולוציה של חמצן (פוטוסינתזה) כפרוקסי לפרודוקטיביות ראשונית. המשתנים הנמדדים הם פרודוקטיביות המערכת האקולוגית נטו (NEP, כשינוי בריכוז O 2 לאורך זמן בתנאי אור) ונשימה של המערכת האקולוגית (RE, כשינוי בריכוז O₂ לאורך זמן בחושך). תפוקת המערכת האקולוגית הגולמית (GEP) היא חישוב ההפרש בין השניים (טבלה 1). המונח “מערכת אקולוגית” משמש כאן כדי לציין כי הפרפיטון מורכב מאורגניזמים אוטוטרופיים והטרוטרופיים. השיפור המשמעותי ביותר של שיטה קאמרית מסורתית זו הוא שימוש בחיישנים אופטיים לא פולשניים של חמצן ואופטימיזציה של שיטה פלנקטונית זו בעיקר למדידת פרודוקטיביות ראשונית פריפיטית.

הטכניקה מתוארת בדוגמה של מדידת מחצלות מיקרוביאליות באזור הליטורלי של אגמים חדשים שהתגלו לאחר הכרייה בצ’כיה-מילאדה, מוסט ומדר. הפעילות המטבולית של מחצלות מיקרוביאליות נקבעת באמצעות מדידה ישירה באתרה של שטפי O₂ המבוצעת ישירות בעומקים ספציפיים, שם הקהילות הנחקרות מתרחשות באופן טבעי. פעילות הטרוטרופית ופוטוטרופית נמדדת בבקבוקי זכוכית סגורים המצוידים בחיישני חמצן אופטיים לא פולשניים. חיישנים אלה מזהים את הלחץ החלקי של חמצן באמצעות פלואורסצנטיות של צבעים רגישים לאור. הבקבוקים עם מחצלות מיקרוביאליות תלויים ודוגרים על מכשיר צף בעומקים המתאימים. ריכוז החמצן בתוך הבקבוקים נמדד ברציפות בתקופת אור היום מהסירה הקטנה.

דגימות של מחצלות מיקרוביאליות שלמות נאספות ומונחות בבקבוקי דגירה אטומים לגז בעומקים ייעודיים על ידי צוללנים. כל בקבוק מצויד במיקרו-חיישן חמצן אופטי לא פולשני, המנטר את הפרודוקטיביות/הצריכה של O₂ לאורך זמן. כל המדידות נעשות בחמישה זוגות כהים/בהירים המשוכפלים בכל עומק. עוצמות הטמפרטורה והקרינה הפעילה פוטוסינתטית (PHAR) נמדדות בעומקים המתאימים לאורך הדגירה. לאחר 6 שעות של דגירה באתרה (שעות אור יום), המחצלות המיקרוביאליות נקטפות מהבקבוקים ומיובשות. שטפי O₂ מנורמלים לביומסה מיקרוביאלית. כבקרה, השטפים מתוקנים לשינויים בריכוז O2 בבקבוקים נפרדים אטומים לגז בהירים וכהים (פקדים ריקים) המכילים מי אגם ללא ביומסה מיקרוביאלית של מחצלות. להלן הוראות מפורטות לבניית הדוברה הצפה ולביצוע הניסוי כולו שלב אחר שלב. מאמר זה מציג גם תוצאות מייצגות ממדידות של מחצלות מיקרוביאליות בשני עומקים (1 מ’ ו-2 מ’), עם חמישה שכפולים בכל עומק. הטמפרטורה ועוצמת האור בפועל נמדדו במהלך כל הניסוי באמצעות מאגרי נתונים.