TK
Thomas Kiørboe
Author with expertise in Marine Biogeochemistry and Ecosystem Dynamics
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
12
(83% Open Access)
Cited by:
2,448
h-index:
78
/
i10-index:
206
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Bioenergetics of the planktonic copepod Acartia tonsa: relation between feeding, egg production and respiration, and composition of specific dynamic action

Thomas Kiørboe et al.Jan 1, 1985
Rates of clearance, ingestion, ammonia excretion, respiration and egg production were measured in food-acclimated (0 to 1700 W C 1-l) planktonic copepods Acartia tonsa in relation to food concentration.Carbon and nitrogen budgets were constructed.Clearance peaked at a food concentration of 150 W C 1-l, and decreased at both higher and lower concentrations.Ingestion and egg production rates increased sigmoidally with food concentration approaching plateaus equivalent to 180 and 64 % body C d-l, respectively.Rates of ammonia excretion and respiration increased with algal concentration in a decelerating manner.Respiration and excretion rates of copepods fed at saturation food concentration were more than 4 times higher than those for starved individuals.The causality of the increased respiration rate in association with feeding (specific dynamic action, SDA) is discussed by considering the physiology and biochemistry of the processes that potentially contribute to SDA.The theoretical biochemical minimum costs of biosynthesis accounted for between 50 and 116 % of observed SDA, while assimilation costs equalled 18 to 28 %.Costs of feeding, digestion and excretion (-1 % of SDA), and the mechanical work required to transport food down the gut, contributed insignificantly to SDA.It is concluded that the increment in metabolic rate of feeding A. tonsa largely relates to biosynthesis ('growth') and transport, and that the efficiency of egg production in this species is near its theoretical maximum.
0
Paper
Citation654
0
Save
0

Trait-based approaches to zooplankton communities

Elena Litchman et al.Mar 26, 2013
Zooplankton are major primary consumers and predators in most aquatic ecosystems. They exhibit tremendous diversity of traits, ecological strategies and, consequently, impacts on other trophic levels and the cycling of materials and energy. An adequate representation of this diversity in community and ecosystem models is necessary to generate realistic predictions on the functioning of aquatic ecosystems but remains extremely challenging. We propose that the use of trait-based approaches is a promising way to reduce complexity while retaining realism in developing novel descriptions of zooplankton in ecosystem models. Characterizing zooplankton traits and trade-offs will also be helpful in understanding the selection pressures and diversity patterns that emerge in different ecosystems along major environmental gradients. Zooplankton traits can be characterized according to their function and type. Some traits, such as body size and motility, transcend several functions and are major determinants of zooplankton ecological strategies. Future developments of trait-based approaches to zooplankton should assemble a comprehensive matrix of key traits for diverse groups and explore it for general patterns; develop novel predictive models that explicitly incorporate traits and associated trade-offs; and utilize these traits to explain and predict zooplankton community structure and dynamics under different environmental conditions, including global change scenarios.
0
Paper
Citation361
0
Save
0

The 2020 motile active matter roadmap

Gerhard Gompper et al.Feb 14, 2020
Activity and autonomous motion are fundamental in living and engineering systems. This has stimulated the new field of 'active matter' in recent years, which focuses on the physical aspects of propulsion mechanisms, and on motility-induced emergent collective behavior of a larger number of identical agents. The scale of agents ranges from nanomotors and microswimmers, to cells, fish, birds, and people. Inspired by biological microswimmers, various designs of autonomous synthetic nano- and micromachines have been proposed. Such machines provide the basis for multifunctional, highly responsive, intelligent (artificial) active materials, which exhibit emergent behavior and the ability to perform tasks in response to external stimuli. A major challenge for understanding and designing active matter is their inherent nonequilibrium nature due to persistent energy consumption, which invalidates equilibrium concepts such as free energy, detailed balance, and time-reversal symmetry. Unraveling, predicting, and controlling the behavior of active matter is a truly interdisciplinary endeavor at the interface of biology, chemistry, ecology, engineering, mathematics, and physics. The vast complexity of phenomena and mechanisms involved in the self-organization and dynamics of motile active matter comprises a major challenge. Hence, to advance, and eventually reach a comprehensive understanding, this important research area requires a concerted, synergetic approach of the various disciplines. The 2020 motile active matter roadmap of Journal of Physics: Condensed Matter addresses the current state of the art of the field and provides guidance for both students as well as established scientists in their efforts to advance this fascinating area.
0
Paper
Citation360
0
Save
1

Model estimates of metazoans’ contributions to the biological carbon pump

Jérôme Pinti et al.Mar 22, 2021
Abstract The daily vertical migrations of fish and other metazoans actively transport organic carbon from the ocean surface to depth, contributing to the biological carbon pump. We use an oxygen-constrained, game-theoretic food-web model to simulate diel vertical migrations and estimate global carbon fluxes and sequestration by fish and zooplankton due to respiration, fecal pellets, and deadfalls. Our model provides estimates of the carbon export and sequestration potential for a range of pelagic functional groups, despite uncertain biomass estimates of some functional groups. While the export production of metazoans and fish is modest (~20% of global total), we estimate that their contribution to carbon sequestered by the biological pump (~ 800 PgC) is conservatively more than 50% of the estimated global total (~1300 PgC) and have a significantly longer sequestration time scale (~250 years) than previously reported for other components of the biological pump. Fish and multicellular zooplankton contribute about equally to this sequestered carbon pool. This essential ecosystem service could be at risk from both unregulated fishing on the high seas and ocean deoxygenation due to climate change.
1
Paper
Citation7
0
Save
2

Linking plankton size spectra and community composition to carbon export and its efficiency

Camila Serra‐Pompei et al.Mar 8, 2021
Abstract The magnitude and efficiency of particulate carbon export from the ocean surface depends not only on net primary production (NPP) but also on how carbon is consumed, respired, and repackaged by organisms. We contend that several of these processes can be captured by the size spectrum of the plankton community. However, most global models have relatively simple food-web structures that are unable to generate plankton sizespectra. Moreover, the life-cycles of multicellular zooplankton are typically not resolved, restricting the ability of models to represent time-lags that are known to impact carbon export and its efficiency (pe-ratio). Here, we use a global mechanistic size-spectrum model of the marine plankton community to investigate how particulate export and pe-ratio relate to the community size spectrum, community composition, and time-lags between predators and prey. The model generates emergent food-webs with associated size distributions for organisms and detrital particles. To resolve time-lags between phytoplankton and zooplankton, we implement the life-cycle of multicellular zooplankton (here represented by copepods). The simulation successfully captures observed patterns in biomass and energy fluxes across regions. We find that carbon export correlates best with copepod biomass and trophic level, whereas the pe-ratio correlates best with the exponent of the size spectrum and sea surface temperature (SST). Community metrics performed better than NPP or SST for both deep export and pe-ratio. Time-lags between phytoplankton and copepods did not strongly affect export or pe-ratio. We conclude by discussing how can we reconcile size-spectrum theory with field sampling. Plain Language Summary Plankton are tiny but extremely abundant aquatic organisms. Plankton lock CO 2 away from the atmosphere as they sink to the deep ocean, where carbon can be stored for hundreds of years. However, how much carbon is locked away and for how long depends on how organisms eat, defecate, and respire. We argue that these processes are reflected in the size composition of the plankton community. The size composition shows a clear relationship between the number of organisms and their body-size. The steepness of this “size-abundance relationship” describes the balance between small vs. large organisms, and has been argued to reflect how energy is transferred from small to large organisms. Since large organisms create fast-sinking particles, the size-abundance relationship could be used to estimate how much carbon is being stored in the deep ocean. Here we use a computer simulation of the global plankton community to investigate how the removal of carbon relates to the plankton community and the steepness of the sizeabundance relationship. The model successfully captures patterns observed in nature. We found that the size-abundance relationship, together with the quantity of large zooplankton better explained carbon export than other measures typically used, such as photosynthesis and temperature. Key Points We use a global mechanistic size-spectrum model to investigate the relation between particulate export and plankton community metrics. We find a good correlation between export efficiency and the exponent of the size spectrum. Total carbon export correlated well with copepod biomass and trophic level of active copepods in the model.
2
Paper
Citation2
0
Save
0

FORAGING MECHANISMS IN EXCAVATE FLAGELLATES SHED NEW LIGHT ON THE FUNCTIONAL ECOLOGY OF EARLY EUKARYOTES

Sei Suzuki‐Tellier et al.Nov 21, 2023
Abstract The phagotrophic flagellates described as ‘typical excavates’ have been hypothesized to be morphologically similar to the Last Eukaryotic Common Ancestor and understanding the functional ecology of excavates may therefore help shed light on the ecology of these early eukaryotes. Typical excavates are characterized by a posterior flagellum equipped with a vane that beats in a ventral groove. Here, we combined flow visualization and observations of prey capture in representatives of the three clades of excavates with computational fluid dynamic modelling, to understand the functional significance of this cell architecture. We record substantial differences amongst species in the orientation of the vane and the beat plane of the posterior flagellum. Clearance rate magnitudes estimated from flow visualization and modelling are like that of other similarly sized phagotrophic flagellates. The interaction between a vaned flagellum beating in a confinement is modelled to produce a very efficient feeding current at low energy costs, irrespective of the beat plane and vane orientation and of all other morphological variations. Given this predicted uniformity of function, we suggest that the foraging systems of typical excavates studied here may be good proxies to understand those potentially used by our distant ancestors more than 1 billion years ago. Significance Human sperm reminds us of our ancestry: flagellates, unicellular organisms equipped with a flagellum. The last common eukaryotic ancestor (LECA) was a flagellate. Phylogenetic analyses suggest that Excavates, an assemblage of flagellates, are the living organisms most similar to LECA. They have distinct characteristics in common: a ventral groove within which a vaned flagellum is beating. We show how the shared morphology and foraging behavior among 3 excavate clades is fluid dynamically efficient. A similar flagellar arrangement, potentially homologous to that found in the excavates, is found among flagellates from other deep branches of the eukaryotic tree, suggesting that the typical excavate foraging system studied here may have been used by our distant ancestors more than 1 billion years ago.
0
Citation2
0
Save
0

Costs and benefits of toxin production in a dinoflagellate

Fredrik Ryderheim et al.Jul 12, 2020
Abstract Many phytoplankton respond to chemical cues from grazers by upregulating defensive capabilities. Inducible defences like these are often assumed to come at a cost to the organism, but these trade-offs have not been experimentally established. A reason for this may be that costs only become evident under resource limiting conditions. Here, we exposed the toxin-producing dinoflagellate Alexandrium minutum to chemical cues from copepods under different levels of nitrogen limitation. Induced cells had higher cellular toxin content and a larger fraction of the cells were rejected by a copepod, demonstrating the clear benefits of toxin production. Induced cells also had a higher carbon and nitrogen content, despite an up to 25% reduction in cell size. Unexpectedly, induced cells seemed to grow faster than controls, likely owing to a higher nutrient affinity due to reduced size. We thus found no clear trade-offs, rather the opposite. However, we argue that indirect ecological costs that do not manifest under laboratory conditions are important and that the induction of toxins specific to particular defences prevents the cells from constantly synthesizing the large array of secondary metabolites that they are capable of producing.
0
Citation1
0
Save
6

Mechanisms and fluid dynamics of foraging in heterotrophic nanoflagellates

Sei Suzuki‐Tellier et al.Apr 5, 2021
ABSTRACT Heterotrophic nanoflagellates are the main consumers of bacteria and picophytoplankton in the ocean. In their micro-scale world, viscosity impedes predator-prey contact, and the mechanisms that allow flagellates to daily clear a volume of water for prey corresponding to 10 6 times their own volume is unclear. It is also unclear what limits observed maximum ingestion rates of about 10 4 bacterial prey per day. We used high-speed video-microscopy to describe feeding flows, flagellum kinematics, and prey searching, capture, and handling in four species with different foraging strategies. In three species, prey-handling times limit ingestion rates and account well for their reported maximum values. Similarly, observed feeding flows match reported clearance rates. Simple point-force models allowed us to estimate the forces required to generate the feeding flows, between 4-13 pN, and consistent with the force produced by the hairy (hispid) flagellum, as estimated using resistive force theory. Hispid flagella can produce a force that is much higher than the force produced by a naked flagellum with similar kinematics, and the hairy flagellum is therefore key to foraging in most nanoflagellates. Our findings provide a mechanistic underpinning of observed functional responses of prey ingestion rates in nanoflagellates.
6
Citation1
0
Save
Load More