Τι είναι το φυτοπλαγκτόν; Τα περισσότερα φυτοπλαγκτόν είναι πολύ μικρά για να τα δει κανείς με γυμνό μάτι. Ωστόσο, σε αρκετά υψηλές ποσότητες, ορισμένα είδη μπορούν να εμφανιστούν ως έγχρωμες κηλίδες στην επιφάνεια του νερού, λόγω της περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη μέσα στα κύτταρά τους και βοηθητικών χρωστικών, όπως οι φυκοβιλιπρωτεΐνες ή οι ξανθοφύλλες.
Τι είναι φυτοπλαγκτόν
Το φυτοπλαγκτόν είναι φωτοσυνθετικοί μικροσκοπικοί βιοτικοί οργανισμοί που ζουν στο ανώτερο στρώμα νερού σχεδόν όλων των ωκεανών και λιμνών στη Γη. Είναι οι δημιουργοί οργανικών ενώσεων από το διοξείδιο του άνθρακα διαλυμένο στο νερό - δηλαδή οι εκκινητές της διαδικασίας που διατηρεί τον υδάτινο τροφικό ιστό.
Φωτοσύνθεση
Το φυτοπλαγκτόν αποκτά ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης και επομένως πρέπει να ζει σε ένα καλά φωτισμένο επιφανειακό στρώμα (που ονομάζεται ευφωτική ζώνη) ενός ωκεανού, θάλασσας, λίμνης ή άλλου υδάτινου όγκου. Το φυτοπλαγκτόν αποτελεί περίπου το ήμισυ του συνόλουφωτοσυνθετική δραστηριότητα στη γη. Η σωρευτική του δέσμευση ενέργειας σε ενώσεις άνθρακα (πρωτογενής παραγωγή) είναι η βάση για τη συντριπτική πλειονότητα των τροφικών αλυσίδων των ωκεανών και πολλών γλυκών υδάτων (η χημειοσύνθεση αποτελεί αξιοσημείωτη εξαίρεση).
Μοναδικά είδη
Αν και σχεδόν όλα τα είδη φυτοπλαγκτού είναι εξαιρετικά φωτοαυτοτροφικά, υπάρχουν μερικά που είναι μιτότροφα. Αυτά είναι συνήθως μη χρωματισμένα είδη που είναι στην πραγματικότητα ετερότροφα (τα τελευταία θεωρούνται συχνά ζωοπλαγκτόν). Τα πιο γνωστά είναι τα δινομαστιγικά γένη όπως τα Noctiluca και Dinophysis, τα οποία αποκτούν οργανικό άνθρακα με την κατάποση άλλων οργανισμών ή επιβλαβών υλικών.
Σημασία
Το φυτοπλαγκτόν απορροφά ενέργεια από τον ήλιο και θρεπτικά συστατικά από το νερό για να παράγει τη δική του τροφή. Κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, το μοριακό οξυγόνο (O2) απελευθερώνεται στο νερό. Υπολογίζεται ότι περίπου το 50% ή το 85% του παγκόσμιου οξυγόνου προέρχεται από τη φωτοσύνθεση του φυτοπλαγκτού. Το υπόλοιπο παράγεται με φωτοσύνθεση από φυτά της γης. Για να καταλάβετε τι είναι το φυτοπλαγκτόν, πρέπει να γνωρίζετε τη μεγάλη σημασία του για τη φύση.
Σχέση με μέταλλα
Το φυτοπλαγκτόν εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από μέταλλα. Αυτά είναι κυρίως μακροθρεπτικά συστατικά όπως νιτρικό, φωσφορικό ή πυριτικό οξύ, η διαθεσιμότητα των οποίων καθορίζεται από την ισορροπία μεταξύ της λεγόμενης βιολογικής αντλίας και της ανόδου των βαθιών, πλούσιων σε θρεπτικά συστατικά υδάτων. Ωστόσο, σε μεγάλες εκτάσειςΣε ωκεανούς όπως ο Νότιος Ωκεανός, το φυτοπλαγκτόν περιορίζεται επίσης από την έλλειψη μικροθρεπτικού σιδήρου. Αυτό οδήγησε ορισμένους επιστήμονες να υποστηρίξουν τη λίπανση του σιδήρου ως μέσο αντιμετώπισης της συσσώρευσης διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που παράγεται από τον άνθρωπο στην ατμόσφαιρα.
Οι επιστήμονες έχουν πειραματιστεί με την προσθήκη σιδήρου (συνήθως με τη μορφή αλάτων όπως ο θειικός σίδηρος) στο νερό για να ενθαρρύνουν την ανάπτυξη φυτοπλαγκτού και να απομακρύνουν το ατμοσφαιρικό CO2 στον ωκεανό. Ωστόσο, οι διαφωνίες σχετικά με τη διαχείριση του οικοσυστήματος και την αποτελεσματικότητα της λίπανσης σιδήρου έχουν επιβραδύνει τέτοια πειράματα.
Ποικιλία
Ο όρος "φυτοπλαγκτόν" καλύπτει όλους τους φωτοαυτοτροφικούς μικροοργανισμούς στις υδρόβιες τροφικές αλυσίδες. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις επίγειες κοινότητες όπου τα περισσότερα αυτότροφα είναι φυτά, το φυτοπλαγκτόν είναι μια ποικιλόμορφη ομάδα που περιλαμβάνει πρωτόζωα ευκαρυώτες, όπως ευβακτηριακά και αρχαιοβακτηριακά προκαρυωτικά. Υπάρχουν περίπου 5.000 γνωστά είδη θαλάσσιου φυτοπλαγκτού. Το πώς εξελίχθηκε αυτή η ποικιλομορφία παρά τους περιορισμένους πόρους τροφίμων δεν είναι ακόμη σαφές.
Οι πιο σημαντικές ομάδες φυτοπλαγκτού περιλαμβάνουν τα διάτομα, τα κυανοβακτήρια και τα δινομαστιγώματα, αν και πολλές άλλες ομάδες φυκιών αντιπροσωπεύονται σε αυτήν την εξαιρετικά ποικιλόμορφη ομάδα. Μια ομάδα, τα κοκκολιθοφορίδια, είναι υπεύθυνα (εν μέρει) για την απελευθέρωση σημαντικών ποσοτήτων διμεθυλοσουλφιδίου (DMS) στην ατμόσφαιρα. Το DMS οξειδώνεται για να σχηματίσει θειικό, το οποίο σε περιοχές χαμηλής συγκέντρωσης σωματιδίων αερολύματος μπορείσυμβάλλουν στην εμφάνιση ειδικών περιοχών συμπύκνωσης αέρα, που οδηγεί κυρίως σε αύξηση της νεφελώσεως και της ομίχλης πάνω από το νερό. Αυτή η ιδιότητα είναι επίσης χαρακτηριστική του φυτοπλαγκτού της λίμνης.
Όλοι οι τύποι φυτοπλαγκτού διατηρούν διαφορετικά τροφικά (δηλαδή τρόφιμα) επίπεδα σε διαφορετικά οικοσυστήματα. Σε ολιγοτροφικές ωκεάνιες περιοχές όπως η Θάλασσα των Σαργασσών ή ο Νότιος Ειρηνικός Ωκεανός, το πιο κοινό φυτοπλαγκτόν είναι τα μικρά, μονοκύτταρα είδη που ονομάζονται πικοπλαγκτόν και νανοπλαγκτόν (ονομάζονται επίσης πικομαστίγγων και νανομαστιγωτών). Το φυτοπλαγκτόν εννοείται κυρίως ως κυανοβακτήρια (Prochlorococcus, Synechococcus) και πικοευκαρυώτες όπως το Micromonas. Σε πιο παραγωγικά οικοσυστήματα, τα μεγάλα δινομαστιγώματα αποτελούν τη βάση της βιομάζας του φυτοπλαγκτού.
Επίδραση στη χημική σύνθεση του νερού
Στις αρχές του εικοστού αιώνα, ο Alfred C. Redfield βρήκε ομοιότητες μεταξύ της στοιχειακής σύνθεσης του φυτοπλαγκτού και των κυριότερων διαλυμένων θρεπτικών συστατικών στον βαθύ ωκεανό. Ο Redfield πρότεινε ότι η αναλογία άνθρακα προς άζωτο προς φώσφορο (106:16:1) στον ωκεανό ελέγχεται από τις απαιτήσεις του φυτοπλαγκτού, καθώς το φυτοπλαγκτόν στη συνέχεια απελευθερώνει άζωτο και φώσφορο καθώς αναμεταλλοποιούνται. Αυτή η αποκαλούμενη «αναλογία Redfield» στην περιγραφή της στοιχειομετρίας του φυτοπλαγκτού και του θαλασσινού νερού έχει γίνει θεμελιώδης αρχή για την κατανόηση της εξέλιξης της θαλάσσιας οικολογίας, της βιογεωχημείας και του τι είναι το φυτοπλαγκτόν. Ωστόσο, ο συντελεστής Redfield δεν είναι μια καθολική τιμή και μπορεί να αποκλίνει λόγω αλλαγών στη σύνθεση εξωγενών θρεπτικών ουσιών και μικροβίων.στον ωκεανό. Η παραγωγή φυτοπλαγκτού, όπως θα έπρεπε ήδη να καταλάβει ο αναγνώστης, επηρεάζει όχι μόνο το επίπεδο του οξυγόνου, αλλά και τη χημική σύνθεση του νερού των ωκεανών.
Βιολογικά χαρακτηριστικά
Η δυναμική στοιχειομετρία που είναι εγγενής στα μονοκύτταρα φύκια αντανακλά την ικανότητά τους να αποθηκεύουν θρεπτικά συστατικά σε μια εσωτερική δεξαμενή και να αλλάζουν τη σύνθεση του οσμολίτη. Διαφορετικά κυτταρικά συστατικά έχουν τα δικά τους μοναδικά στοιχειομετρικά χαρακτηριστικά, για παράδειγμα, συσκευές συλλογής δεδομένων πόρων (φως ή θρεπτικά συστατικά) όπως πρωτεΐνες και χλωροφύλλη περιέχουν υψηλή συγκέντρωση αζώτου αλλά χαμηλή περιεκτικότητα σε φώσφορο. Εν τω μεταξύ, οι μηχανισμοί γενετικής ανάπτυξης όπως το ριβοσωμικό RNA περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις αζώτου και φωσφόρου (Ν και Ρ, αντίστοιχα). Η τροφική αλυσίδα φυτοπλαγκτού-ζωοπλαγκτόν, παρά τη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τύπων πλασμάτων, είναι η βάση της οικολογίας των υδάτινων χώρων σε ολόκληρο τον πλανήτη.
Κύκλοι ζωής
Με βάση την κατανομή των πόρων, το φυτοπλαγκτόν ταξινομείται σε τρία στάδια ζωής: επιβίωση, άνθηση και ενοποίηση. Το φυτοπλαγκτόν που επιβίωσε έχει υψηλή αναλογία N:P (άζωτο και φώσφορο) (> 30) και περιέχει πολλούς μηχανισμούς συλλογής πόρων για τη διατήρηση της ανάπτυξης όταν οι πόροι είναι σπάνιοι. Το ανθισμένο φυτοπλαγκτόν έχει χαμηλή αναλογία N:P (<10) και είναι προσαρμοσμένο στην εκθετική ανάπτυξη. Το ενοποιημένο φυτοπλαγκτόν έχει παρόμοια αναλογία N: P προς Redfield και περιέχει σχετικά ίση αναλογία μηχανισμών ανάπτυξης και συσσώρευσης πόρων.
Τωρινό και μέλλον
Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature το 2010 διαπίστωσε ότι το θαλάσσιο φυτοπλαγκτόν έχει μειωθεί σημαντικά στους ωκεανούς του κόσμου τον περασμένο αιώνα. Οι συγκεντρώσεις φυτοπλαγκτού στα επιφανειακά ύδατα εκτιμάται ότι έχουν μειωθεί κατά περίπου 40% από το 1950 με ρυθμό περίπου 1% ετησίως, πιθανώς ως απόκριση στη θέρμανση των ωκεανών. Η μελέτη πυροδότησε διαμάχη μεταξύ των επιστημόνων και οδήγησε σε έντονες συζητήσεις. Σε μια μεταγενέστερη μελέτη του 2014, οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν μια μεγάλη βάση δεδομένων μετρήσεων και αναθεώρησαν τις μεθόδους ανάλυσής τους για να αντιμετωπίσουν αρκετές δημοσιευμένες κριτικές, αλλά κατέληξαν σε παρόμοια ανησυχητικά συμπεράσματα: Ο αριθμός των φυκών φυτοπλαγκτού μειώνεται γρήγορα.
