隨著地球大氣變暖，海洋也隨之變暖。科學家們已經證明，海洋溫度和二氧化碳水平的升高會對海洋生物造成壓力。但是，麻省理工學院開發的一個新模型揭示了一個令人驚訝的結論：如果全球溫度趨勢持續下去，到本世紀末，任何給定海洋在本世紀初存在的一半浮游植物種群將消失，並被全新的浮游生物物種所取代。“這將對食物鏈產生影響，”麻省理工學院大氣、海洋與氣候專案首席研究科學家斯蒂芬妮·杜特凱維奇說。
氣溫上升將迫使各種海洋生物進行調整。微小的浮游植物是魚類和其他海洋生物的主要食物來源，可能會隨著某個海域溫度的升高而消亡。最危險的是寒冷水域中的生物，它們缺乏適應溫暖家園的韌性。理論上，浮游植物可能會進化以改變其身體化學成分，或者它們可能會遷移到其他地方，也許更靠近兩極。無論哪種方式，如此巨大的變化都可能導致食物鏈上層的物種無法養活自己。
新模型沒有具體說明浮游植物將如何反應，也沒有說明哪些魚類種群可能會繁榮或衰落，但它足夠詳細地表明，新的海洋條件可能會導致現在存在的浮游植物被廣泛取代。杜特凱維奇的模型考慮了100種不同的浮游植物物種，而大多數其他模型只包括三到四種。“有了如此精細的解析度，”杜特凱維奇說，“我們可以看到生態系統結構將發生多麼顯著的變化。”
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結果描繪了一幅複雜的圖景。隨著溫度升高，許多浮游植物產生更多的後代。但是，深層冷水和溫暖的表層水之間的混合減少了——這種現象被稱為分層。浮游植物賴以生存的大部分營養物質都來自深層，因此混合減少意味著微生物的養分減少。低緯度海洋——已被認為是海洋沙漠——將為微生物提供更少的營養物質，從而為以它們為食的魚類留下更少的食物。
杜特凱維奇說，在高緯度地區，較高的溫度和較少的混合可能會迫使浮游植物更靠近水面，那裡至少有一些營養物質可用。然而，頂層更多的陽光可能會再次改變微小生物的混合。“浮游植物的大小和型別差異很大，這會影響以它們為食的魚類，”她說。
杜特凱維奇現在開始透過新增更多因素，例如變化的氮和鐵水平，來增加模型的真實性。海洋酸化也是她清單上的重要一項——這種化學變數可能會改變浮游植物之間的競爭，其中一些浮游植物比其他浮游植物更能適應變化的pH值水平。儀表板上的任何這些旋鈕都可能顯著影響整個生態系統的命運。