Is our understanding of aquatic ecosystems sufficient to quantify ecologically driven climate feedbacks?

ABSTRACT

The Earth functions as an integrated system-its current habitability to complex life is an emergent property dependent on interactions among biological, chemical, and physical components. As global warming affects ecosystem structure and function, so too will the biosphere affect climate by altering atmospheric gas composition and planetary albedo. Constraining these ecosystem-climate feedbacks is essential to accurately predict future change and develop mitigation strategies; however, the interplay among ecosystem processes complicates the assessment of their impact. Here, we explore the state-of-knowledge on how ecological and biological processes (e.g., competition, trophic interactions, metabolism, and adaptation) affect the directionality and magnitude of feedbacks between ecosystems and climate, using illustrative examples from the aquatic sphere. We argue that, despite ample evidence for the likely significance of many, our present understanding of the combinatorial effects of ecosystem dynamics precludes the robust quantification of most ecologically driven climate feedbacks. Constraining these effects must be prioritized within the ecological sciences for only by studying the biosphere as both subject and arbiter of global climate can we develop a sufficiently holistic view of the Earth system to accurately predict Earth's future and unravel its past.

La Terre fonctionne comme un système intégré­son habitabilité pour une vie complexe est une propriété émergente qui dépend des interactions entre les composantes biologiques, chimiques et physiques. Le réchauffement climatique affecte la structure et la fonction des écosystèmes, et en retour, la biosphère affecte également le climat en modifiant la composition des gaz atmosphériques et l'albédo planétaire. Il est essentiel de quantifier ces rétroactions entre les écosystèmes et le climat afin de prédire avec précision les changements futurs et élaborer des stratégies d'atténuation; cependant, l'interaction entre les processus écologiques complique l'évaluation de leurs impacts. Dans cet article, nous examinons l'état des connaissances sur la façon dont les processus écologiques et biologiques (par exemple, la concurrence, les interactions trophiques, le métabolisme, l'adaptation) affectent la directionnalité et l'ampleur des rétroactions entre les écosystèmes et le climat à l'aide d'exemples issus du monde aquatique. Nous soutenons que, malgré les nombreuses preuves de l'importance de plusieurs de ces rétroactions, notre compréhension limitée des effets additifs des processus écosystémiques empêche de faire une quantification robuste de la plupart des rétroactions climatiques d'origine écologique. Circonscrire ces effets doit être une priorité pour les sciences aquatiques, car ce n'est qu'en étudiant la biosphère en tant que sujet et arbitre du climat planétaire que nous pourrons développer une vision suffisamment holistique du système terrestre pour prédire avec précision l'avenir de la Terre et élucider son passé.