Environmental adaptation of the marine phytoplankton and its impact on the marine carbon pump

• Thesis title in Czech: Environmentální přizpůsobení mořského fytoplanktonu a jeho dopad na mořské uhlíkové čerpadlo
• Thesis title in English: Environmental adaptation of the marine phytoplankton and its impact on the marine carbon pump
• Key words: Fytoplankton, uhlíkový cyklus, ekologie, evoluce
• English key words: Phytoplankton, Carbon cycle, ecology, evolution
• Academic year of topic announcement: 2021/2022
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Institute of Geology and Paleontology (31-420)
• Supervisor: prof. RNDr. Katarína Holcová, CSc.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 04.10.2021
• Date of assignment: 07.10.2021
• Confirmed by Study dept. on: 07.10.2021
• Advisors: Dr. Clara T. Bolton

References

Weinkauf, M. F. G., Bonitz, F. G. W., Martini, R. and Kučera, M. (2019). An extinction event in planktonic Foraminifera preceded by stabilizing selection. PLoS ONE 14, No. 10, e0223490.
Weinkauf, M. F. G., Kunze, J., Waniek, J. J. and Kučera, M. (2016). Seasonal variation in shell calcification of planktonic Foraminifera in the NE Atlantic reveals species-specific response to temperature, productivity, and optimum growth conditions. PLoS ONE 11, No. 2, e0148363.
Weiner, A. K. M., Weinkauf, M. F. G., Kurasawa, A., Darling, K. F. and Kučera, M. (2015). Genetic and morphometric evidence for parallel evolution of the Globigerinella calida morphotype. Marine Micropaleontology 114: 19-35.
Weinkauf, M. F. G., Moller, T., Koch, M. C. and Kučera, M. (2014). Disruptive selection and bet-hedging in planktonic Foraminifera: Shell morphology as predictor of extinctions. Frontiers in Ecology and Evolution 2, Article 64.
Weinkauf, M. F. G., Moller, T., Koch, M. C. and Kučera, M. (2013). Calcification intensity in planktonic Foraminifera reflects ambient conditions irrespective of environmental stress. Biogeosciences 10, 6639-6655.

Preliminary scope of work

Coccolithophoridae hrají hlavní roli v primární námořní produkci, výměně CO2-O2 a sekvestraci uhličitanu. Tvoří základ pro celou oceánskou potravní síť, stejně jako oceánské uhlíkové čerpadlo a interakci oceán-atmosféra prostřednictvím srážení kalcitu. Coccolithophoridae reagovaly výrazně na hromadné vymírání na konci křídy, s výrazným snížením jejich biomasy a souvisejícím dopadem na oceánský systém. Zatímco studie naznačují, že bioprodukce Coccolithophoridae je silně ovlivněna změnami životního prostředí, žádné studie dosud systematicky nehodnotily dopad přetrvávající změny životního prostředí, jako jsou současné scénáře změny klimatu, na jejich evoluční přizpůsobení. Nepředvídaná porucha v jejich sestavení nebo bioprodukci by mohla mít kaskádové efekty v celém oceánském potravinovém řetězci a ovlivnit rozpočet CO2 a O2 v oceánech. Tento projekt bude využívat přírodní experimenty minulých environmentálních změn ke zkoumání adaptačních procesů v rámci Coccolithophoridae a předpovídání budoucích změn v jejich strukturní struktuře a bioprodukci. Podrobné morfologické analýzy spolu se studiem sestavy a populační dynamiky vytvoří základ pro ekologické a evoluční modelování. Žadatel bude rozvíjet rozsáhlé zkušenosti s nanopaleontologickou laboratorní prací, morfometrickými technikami a ekologickým a evolučním modelováním v R. Specifikace projektu lze přizpůsobit osobním zájmům uchazeče.

Preliminary scope of work in English

Coccolithophoridae play a major role in the marine primary production, CO₂-O₂ exchange, and carbonate sequestration. They form the basis for the entire oceanic food web as well as the oceanic carbon pump and ocean-atmosphere-interaction via calcite-precipitation. Coccolithophoridae reacted pointedly to the end-Cretaceous mass extinction, with a significant reduction in their biomass and associated impact on the oceanic system. While studies suggest that Coccolithophoridae bioproduction is strongly influenced by environmental change, no studies have yet systematically evaluated the impact of persistent environmental change like the current climate change scenarios on their evolutionary adaptation. An unforeseen disturbance in their assemblage or bioproduction could have cascading effects through the entire oceanic food chain and impact the CO₂- and O₂-budget of the oceans. This project will use natural experiments of past environmental changes to investigate the adaptive processes within the Coccolithophoridae and predict future changes to their assemblage structure and bioproduction. Detailed morphological analyses together with assemblage and population dynamics studies will form the basis for ecological and evolutionary modelling. Extensive experience in nannopaleontological laboratory work, morphometric techniques, and ecological and evolutionary modelling in R will be developed by the applicant. Specifies of the project can be adapted to the candidate’s personal interests.