Що таке фітопланктон? Більшість представників фітопланктону занадто малі, щоб їх можна було побачити неозброєним оком. Проте, в достатньо високих кількостях деякі різновиди можуть бути помітні як кольорові плями на поверхні води, з-за вмісту хлорофілу всередині клітин і допоміжних пігментів, таких як фикобилипротеины або ксантофіли.
Що таке фітопланктон
Фітопланктон являє собою фотосинтезирующие мікроскопічні біотичні організми, що живуть у верхньому шарі води майже всіх океанів і озер на Землі. Вони є творцями органічних сполук з двоокису вуглецю, розчинених у воді – тобто ініціаторами процесу, який підтримує водну харчову мережу.
Фотосинтез
Фітопланктон отримує енергію в процесі фотосинтезу і тому повинен жити в добре освітленому поверхневому шарі (званому эвфотической зоною) океану, моря, озера або іншої водойми. Фітопланктону складає близько половини всієї фотосинтетичної активності на Землі. Його кумулятивна фіксація енергії в з’єднаннях вуглецю (первинне виробництво) є основою для переважної більшості океанічних і багатьох прісноводних харчових ланцюгів (помітним виключенням є хемосинтез).
Унікальні види
Хоча майже всі види фітопланктону — виняткові фотоавтотрофы, деякі з них — митотрофы. Зазвичай це непигментированные види, які насправді є гетеротрофными (останні часто розглядаються як зоопланктон). Найбільш відомі динофлагеллярные пологи, такі як Noctiluca і Dinophysis, які отримують органічний вуглець шляхом проковтування інших організмів або детритового матеріалу.
Значення
Фітопланктон поглинає енергію сонця і поживні речовини з води для виробництва власної їжі. У процесі фотосинтезу у воду виділяється молекулярний кисень (O2). За оцінками, близько 50 % або 85 % кисню в світі утворюється при фотосинтезі фітопланктону. Решта виробляється шляхом фотосинтезу сухопутними рослинами. Щоб зрозуміти, що таке фітопланктон, необхідно усвідомлювати його величезне значення для природи.
Зв’язок з мінералами
Фітопланктон у вирішальній мірі залежить від мінералів. Це насамперед макроелементи, такі як нітрат, фосфат або кремнієва кислота, доступність яких визначається балансом між так званим біологічним насосом і підйомом глибоких, багатих поживними речовинами вод. Однак у великих районах Світового океану, таких як Південний океан, фітопланктон також обмежений відсутністю микронутриентного заліза. Це призвело до того, що деякі вчені виступали за запліднення заліза, як засобу протидії накопичення вуглекислого газу (CO2), виробленого людиною в атмосфері.
Вченими проводилися експерименти по додаванню в воду заліза (зазвичай у вигляді солей, таких як сульфат заліза), щоб сприяти росту фітопланктону і вивести атмосферне CO2 в океан. Однак суперечки про управління екосистемою і ефективність внесення добрив в залозі забарилися такі експерименти.
Різноманітність
Термін “фітопланктон” охоплює всі фотоавтотрофные мікроорганізми у водних харчових ланцюгах. Однак, на відміну від земних спільнот, де більшість автотрофов є рослинами, фітопланктон являє собою різноманітну групу, що включає найпростіших еукаріотів, таких як эубактериальные і архаэбактериальные прокаріоти. Існує близько 5000 відомих видів морського фітопланктону. Як це різноманітність розвивалося, незважаючи на обмежені харчові ресурси, поки неясно.
Найбільш важливі групи фітопланктону включають в себе діатомові водорості, ціанобактерії та динофлагелляты, хоча в цій вкрай різноманітною групі представлені і багато інші групи водоростей. Одна група, coccolithophorids, відповідальна (частково) за виділення значних кількостей диметилсульфида (DMS) в атмосферу. DMS окислюється з утворенням сульфату, який в районах з низькою концентрацією аерозольних частинок може сприяти виникненню особливих областей конденсації повітря, що здебільшого призводить до збільшення хмарності і туману над водою. Це властивість також характерно для фітопланктону озер.
Всі типи фітопланктону підтримують різні трофічні (тобто харчові) рівні в різних екосистемах. В оліготрофних океанічних районах, таких як Саргасове море або Південний Тихий океан, серед фітопланктону найчастіше зустрічаються одноклітинні невеликого розміру, звані пикопланктоном і нанопланктоном (також звані пикофлагеллатами і нанофлагеллятами). В основному під фітопланктоном розуміють ціанобактерій (Prochlorococcus, Synechococcus) і пикоэукариотов, таких як Micromonas. У більш продуктивних екосистемах великі динофлагелляты є основою біомаси фітопланктону.
Вплив на хімічний склад води
На початку двадцятого століття Альфред К. Редфілд знайшов подібність елементарного складу фітопланктону з основними розчиненими поживними речовинами в глибокому океані. Редфілд припустив, що відношення вуглецю до азоту до фосфору (106 : 16 :1) в океані контролюється потребами фітопланктону, оскільки фітопланктон згодом виділяє азот і фосфор, оскільки вони реминерализуются. Це так зване «співвідношення Редфілда» при описі стехіометрії фітопланктону і морської води стало фундаментальним принципом для розуміння еволюції морської екології, біогеохімії, а також того, що таке фітопланктон. Однак коефіцієнт Редфілда не є універсальною величиною і може розходитися з-за змін у складі екзогенних поживних речовин і мікробів в океані. Продукція фітопланктону, як вже повинно бути, зрозумів читач, впливає не тільки на рівень кисню, але і на хімічний склад океанічної води.
Біологічні особливості
Динамічна стехиометрия, властива одноклітинним водоростям, відображає їх здатність зберігати поживні речовини у внутрішньому резервуарі і змінювати склад осмолита. Різні клітинні компоненти мають свої унікальні стехіометричні характеристики, наприклад, ресурсні (легкі або живильні пристрої для збору даних, такі як білки і хлорофіл, містять високу концентрацію азоту, але з низьким вмістом фосфору. Між тим, генетичні механізми росту, такі як рибосомальная РНК, що містять високі концентрації азоту і фосфору (N і P відповідно). Харчова ланцюг фітопланктон-зоопланктон, незважаючи на різницю між цими двома типами істот, є основою екології водних просторів по всій планеті.
Життєві цикли
Грунтуючись на розподіл ресурсів, фітопланктон підрозділяється на три стадії життя: виживання, цвітіння і консолідація. Вижив фітопланктон має високе співвідношення N: P (азоту і фосфору) (> 30) і містить безліч механізмів збору ресурсів для підтримки зростання при дефіцитних ресурсах. Квітучий фітопланктон має низьке співвідношення N : P (<10) і адаптований до експоненціальним зростання. Консолідований фітопланктон має аналогічний N : P до коефіцієнту Редфілда та містить відносно рівне співвідношення механізмів росту та накопичення ресурсів.
Сьогодення та майбутнє
Дослідження, опубліковане в Nature в 2010 році, показало, що морський фітопланктон протягом минулого століття істотно знизився у Світовому океані. За оцінками, концентрації фітопланктону в поверхневих водах зменшилися приблизно на 40 % з 1950 року зі швидкістю близько 1 % в рік, можливо, у відповідь на потепління океану. Дослідження викликало суперечки між вченими і призвело до гарячих дебатів. У подальшому дослідженні 2014 року автори використовували велику базу даних вимірювань і переглянули свої методи аналізу, щоб врахувати кілька опублікованих критичних зауважень, але в підсумку прийшли до аналогічних тривожним висновком: кількість водоростей фітопланктону стрімко скорочується.
