Kas ir fitoplanktons? Lielākā daļa fitoplanktona ir pārāk mazi, lai tos varētu redzēt ar neapbruņotu aci. Tomēr pietiekami lielos daudzumos dažas sugas var redzēt kā krāsainus plankumus uz ūdens virsmas, ņemot vērā hlorofila saturu to šūnās un palīgpigmentus, piemēram, fikobiliproteīnus vai ksantofilus.
Kas ir fitoplanktons
Fitoplanktons ir fotosintētiski mikroskopiski biotiski organismi, kas dzīvo gandrīz visu Zemes okeānu un ezeru augšējā ūdens slānī. Viņi ir organisko savienojumu veidotāji no ūdenī izšķīdināta oglekļa dioksīda, tas ir, ūdens barības tīkla uzturēšanas procesa iniciatori.
Fotosintēze
Fitoplanktons iegūst enerģiju fotosintēzes ceļā, un tāpēc tam jādzīvo labi apgaismotā okeāna, jūras, ezera vai citas ūdenstilpes virsmas slānī (ko sauc par eifotisko zonu). Fitoplanktons veido apmēram pusi no visafotosintētiskā aktivitāte uz zemes. Tā kumulatīvā enerģijas fiksācija oglekļa savienojumos (primārā ražošana) ir pamatā lielākajai daļai okeāna un daudzu saldūdens barības ķēžu (ķīmosintēze ir ievērojams izņēmums).
Unikālas sugas
Lai gan gandrīz visas fitoplanktona sugas ir īpaši fotoautotrofi, dažas ir mitotrofas. Tās parasti ir nepigmentētas sugas, kas patiesībā ir heterotrofiskas (pēdējās bieži tiek uzskatītas par zooplanktonu). Vispazīstamākās ir dinoflagellar ģints, piemēram, Noctiluca un Dinophysis, kas iegūst organisko oglekli, uzņemot citus organismus vai detritalus materiālus.
Nozīme
Fitoplanktons absorbē enerģiju no saules un barības vielas no ūdens, lai ražotu savu pārtiku. Fotosintēzes laikā ūdenī izdalās molekulārais skābeklis (O2). Tiek lēsts, ka aptuveni 50% vai 85% no pasaules skābekļa nāk no fitoplanktona fotosintēzes. Pārējo daļu ražo sauszemes augu fotosintēze. Lai saprastu, kas ir fitoplanktons, ir jāapzinās tā lielā nozīme dabai.
Attiecības ar minerāliem
Fitoplanktons ir ļoti atkarīgs no minerālvielām. Tie galvenokārt ir makroelementi, piemēram, nitrāti, fosfāti vai silīcijskābe, kuru pieejamību nosaka līdzsvars starp tā saukto bioloģisko sūkni un dziļo, barības vielām bagāto ūdeņu pacelšanos. Tomēr lielās platībāsOkeānos, piemēram, dienvidu okeānā, fitoplanktonu ierobežo arī mikroelementu dzelzs trūkums. Tas ir licis dažiem zinātniekiem atbalstīt dzelzs mēslošanu kā līdzekli, lai novērstu cilvēka radītā oglekļa dioksīda (CO2) uzkrāšanos atmosfērā.
Zinātnieki ir eksperimentējuši ar dzelzs (parasti sāļu, piemēram, dzelzs sulfāta) pievienošanu ūdenim, lai veicinātu fitoplanktona augšanu un izvadītu atmosfēras CO2 okeānā. Tomēr strīdi par ekosistēmu pārvaldību un dzelzs mēslošanas efektivitāti ir palēninājuši šādus eksperimentus.
Dažādība
Jēdziens "fitoplanktons" aptver visus fotoautotrofos mikroorganismus ūdens barības ķēdēs. Tomēr atšķirībā no sauszemes kopienām, kur lielākā daļa autotrofu ir augi, fitoplanktons ir daudzveidīga grupa, kurā ietilpst vienšūņu eikarioti, piemēram, eubakteriālie un arhebaktēriju prokarioti. Ir zināmas aptuveni 5000 jūras fitoplanktona sugu. Vēl nav skaidrs, kā šī daudzveidība attīstījās, neskatoties uz ierobežotajiem pārtikas resursiem.
Svarīgākās fitoplanktona grupas ir kramaļģes, zilaļģes un dinoflagelāti, lai gan šajā ļoti daudzveidīgajā grupā ir pārstāvētas daudzas citas aļģu grupas. Viena grupa, kokolitoforīdi, ir atbildīga (daļēji) par ievērojama daudzuma dimetilsulfīda (DMS) izdalīšanos atmosfērā. DMS oksidējas, veidojot sulfātu, kas vietās ar zemu aerosola daļiņu koncentrāciju varveicina īpašu gaisa kondensācijas zonu rašanos, kas galvenokārt izraisa mākoņainības un miglas palielināšanos virs ūdens. Šī īpašība ir raksturīga arī ezera fitoplanktonam.
Visu veidu fitoplanktons dažādās ekosistēmās uztur atšķirīgu trofisko (t.i., pārtikas) līmeni. Oligotrofiskajos okeāna reģionos, piemēram, Sargaso jūrā vai Klusā okeāna dienvidu daļā, visizplatītākais fitoplanktons ir mazas, vienšūnas sugas, ko sauc par pikoplanktonu un nanoplanktonu (ko sauc arī par pikoflagelātiem un nanoflagellātiem). Ar fitoplanktonu galvenokārt saprot cianobaktērijas (Prochlorococcus, Synechococcus) un pikoeukariotus, piemēram, Micromonas. Produktīvākās ekosistēmās lielie dinoflagelāti ir fitoplanktona biomasas pamatā.
Ietekme uz ūdens ķīmisko sastāvu
Divdesmitā gadsimta sākumā Alfrēds K. Redfīlds atklāja līdzības starp fitoplanktona elementāro sastāvu un galvenajām dziļajā okeānā izšķīdušajām barības vielām. Redfīlds ierosināja, ka oglekļa, slāpekļa un fosfora attiecību (106:16:1) okeānā kontrolē fitoplanktona prasības, jo fitoplanktons pēc tam atbrīvo slāpekli un fosforu, remineralizējoties. Šī tā sauktā "Redfield attiecība", aprakstot fitoplanktona un jūras ūdens stehiometriju, ir kļuvusi par pamatprincipu jūras ekoloģijas, bioģeoķīmijas un fitoplanktona evolūcijas izpratnei. Tomēr Redfīlda koeficients nav universāla vērtība un var atšķirties eksogēno barības vielu un mikrobu sastāva izmaiņu dēļ.okeānā. Fitoplanktona veidošanās, kā jau lasītājam būtu jāsaprot, ietekmē ne tikai skābekļa līmeni, bet arī okeāna ūdens ķīmisko sastāvu.
Bioloģiskās pazīmes
Dinamiskā stehiometrija, kas raksturīga vienšūnu aļģēm, atspoguļo to spēju uzglabāt barības vielas iekšējā rezervuārā un mainīt osmolīta sastāvu. Dažādiem šūnu komponentiem ir savas unikālas stehiometriskās īpašības, piemēram, resursu (gaismas vai barības vielu) datu vākšanas ierīces, piemēram, olb altumvielas un hlorofils, satur augstu slāpekļa koncentrāciju, bet zemu fosfora saturu. Tikmēr ģenētiskie augšanas mehānismi, piemēram, ribosomu RNS, satur augstu slāpekļa un fosfora koncentrāciju (attiecīgi N un P). Fitoplanktona-zooplanktona barības ķēde, neskatoties uz šo divu veidu radījumu atšķirībām, ir visas planētas ūdens telpu ekoloģijas pamatā.
Dzīves cikls
Pamatojoties uz resursu sadalījumu, fitoplanktonu iedala trīs dzīves posmos: izdzīvošana, ziedēšana un konsolidācija. Izdzīvojušajam fitoplanktonam ir augsta N:P (slāpekļa un fosfora) attiecība (> 30), un tajā ir daudz resursu savākšanas mehānismu, lai uzturētu izaugsmi, kad resursu ir ierobežots. Ziedošam fitoplanktonam ir zema N:P attiecība (<10), un tie ir pielāgoti eksponenciālai izaugsmei. Konsolidētajam fitoplanktonam ir līdzīga N: P attiecība pret Redfīldu, un tas satur relatīvi vienādu augšanas un resursu uzkrāšanas mehānismu attiecību.
Tagadne un nākotne
2010. gadā Nature publicētajā pētījumā konstatēts, ka jūras fitoplanktona daudzums pasaules okeānos pēdējā gadsimta laikā ir ievērojami samazinājies. Tiek lēsts, ka kopš 1950. gada fitoplanktona koncentrācija virszemes ūdeņos ir samazinājusies par aptuveni 40% ar ātrumu aptuveni 1% gadā, iespējams, reaģējot uz okeāna sasilšanu. Pētījums izraisīja pretrunas zinātnieku vidū un izraisīja karstas diskusijas. Nākamajā 2014. gada pētījumā autori izmantoja lielu mērījumu datu bāzi un pārskatīja savas analīzes metodes, lai risinātu vairākas publicētās kritikas, taču nonāca pie līdzīgi satraucošiem secinājumiem: Fitoplanktona aļģu skaits strauji samazinās.
