Планктон: Невидимий двигун океану

Планктон, що походить від грецького слова "planktos", що означає "той, що дрейфує" або "мандрівник", – це різноманітна сукупність мікроскопічних організмів, які населяють океани, моря та навіть прісноводні водойми світу. Незважаючи на свій невеликий розмір, планктон неймовірно численний і відіграє ключову роль у глобальній екосистемі, впливаючи на все: від морської харчової мережі до регулювання клімату. Ця стаття містить вичерпний огляд планктону, досліджуючи його різноманітні типи, екологічне значення та виклики, з якими він стикається у мінливому світі. Ми заглибимося у приклади з різних океанічних регіонів, забезпечуючи глобальну перспективу щодо цих важливих морських організмів.

Що таке планктон?

На відміну від нектону, який може активно плавати проти течії (наприклад, риби, морські ссавці), планктон значною мірою залежить від океанічних течій. Це не означає, що вони повністю пасивні; багато планктонних організмів мають пристосування, які дозволяють їм контролювати своє вертикальне положення у водному стовпі.

Планктон у загальному вигляді поділяється на дві основні групи:

• Фітопланктон: Це рослиноподібний планктон, переважно одноклітинні водорості, які здійснюють фотосинтез, перетворюючи сонячне світло в енергію. Вони є основними виробниками у морській харчовій мережі, утворюючи основу всієї екосистеми. Приклади включають діатомові, динофлагеляти, коколітофори та ціанобактерії.
• Зоопланктон: Це твариноподібний планктон, включаючи мікроскопічних ракоподібних, личинкові стадії більших тварин (личинки риб, личинки крабів) та інші гетеротрофні організми, які харчуються фітопланктоном або іншим зоопланктоном. Приклади включають веслоногих, криль, личинки медуз та форамініфери.

Розмір має значення (іноді): Класифікація планктону за розміром

Хоча планктон зазвичай мікроскопічний, він додатково класифікується за розміром. Наступна таблиця показує загальні розмірні класифікації, виміряні за найбільшим розміром:

Клас розміру	Діапазон розмірів	Приклади
Мегапланктон	> 20 см	Медузи, сифонофори
Макропланктон	2 – 20 см	Криль, деякі птероподи
Мезопланктон	0.2 – 20 мм	Веслоногі, форамініфери
Мікропланктон	20 – 200 мкм	Діатомові, динофлагеляти
Нанопланктон	2 – 20 мкм	Коколітофори, дрібні джгутикові
Пікопланктон	0.2 – 2 мкм	Ціанобактерії, дрібні бактерії
Фемтопланктон	0.02 – 0.2 мкм	Віруси

Життєво важлива роль планктону в морській екосистемі

Планктон відіграє кілька вирішальних ролей в океані, що робить його незамінним для здоров'я та функціонування морської екосистеми:

• Первинне виробництво: Фітопланктон відповідає приблизно за половину всього фотосинтезу на Землі, виробляючи кисень і перетворюючи вуглекислий газ в органічну речовину. Цей процес утворює основу морської харчової мережі, підтримуючи все інше морське життя.
• Основа харчової мережі: Зоопланктон харчується фітопланктоном, передаючи енергію вгору харчовим ланцюгом до більших організмів, таких як риби, морські птахи та морські ссавці. Вони є критичною ланкою у потоці енергії та поживних речовин по всьому океану. Наприклад, в антарктичній екосистемі криль (тип зоопланктону) є основним джерелом їжі для китів, тюленів, пінгвінів та багатьох інших видів.
• Циркуляція поживних речовин: Планктон відіграє важливу роль у циркуляції поживних речовин, сприяючи обміну важливих елементів, таких як азот, фосфор та кремній, між водним стовпом та осадом. Коли планктон гине, він опускається на дно океану, де розкладається і вивільняє поживні речовини назад у навколишнє середовище.
• Секвестрація вуглецю: Оскільки фітопланктон здійснює фотосинтез, він поглинає вуглекислий газ з атмосфери. Коли він гине і опускається на дно океану, він транспортує цей вуглець з собою, ефективно видаляючи його з атмосфери на тривалі періоди. Цей процес, відомий як біологічний насос, допомагає регулювати клімат Землі. Діатомові з їхніми кремнеземними оболонками особливо ефективні в секвестрації вуглецю.

Типи планктону: детальніший огляд

Фітопланктон: Первинні виробники океану

Фітопланктон надзвичайно різноманітний, з тисячами різних видів, що зустрічаються в океанах і прісних водах у всьому світі. Деякі з найважливіших груп фітопланктону включають:

• Діатомові: Ці одноклітинні водорості мають складні кремнеземні оболонки, які називаються фрустулами. Діатомові дуже численні і особливо важливі в холодних, багатих поживними речовинами водах, таких як ті, що зустрічаються в Арктичному та Антарктичному океанах. Вони відповідають за значну частину глобального первинного виробництва та секвестрації вуглецю. У таких регіонах, як Південний океан, цвітіння діатомових може бути масовим, покриваючи великі площі морської поверхні.
• Динофлагеляти: Ці водорості мають два джгутики, які вони використовують для руху. Деякі динофлагеляти є фотосинтезуючими, тоді як інші – гетеротрофними або міксотрофними (здатними отримувати енергію як від фотосинтезу, так і від споживання інших організмів). Динофлагеляти відомі своєю біолюмінесценцією, яка може створювати вражаючі видовища в океані вночі. Деякі види також можуть виробляти шкідливе цвітіння водоростей (HAB), відоме як червоні припливи, які можуть бути токсичними для морського життя та людей.
• Коколітофори: Ці водорості покриті пластинками карбонату кальцію, які називаються коколітами. Коколітофори зустрічаються у всіх океанах, але найбільш численні у тепліших водах. Вони відіграють роль у глобальному циклі вуглецю, сприяючи утворенню морських осадів та впливаючи на лужність океану. Масове цвітіння коколітофорів можна побачити з космосу, перетворюючи поверхню океану в молочно-білу.
• Ціанобактерії: Також відомі як синьо-зелені водорості, ціанобактерії є прокаріотичними організмами (що не мають ядра), які є одними з найдавніших форм життя на Землі. Вони здатні до фіксації азоту, перетворюючи атмосферний азот у форму, придатну для використання іншими організмами. Ціанобактерії особливо важливі у бідних на поживні речовини водах, де вони можуть значно сприяти первинному виробництву. Приклади включають *Prochlorococcus* та *Synechococcus*, які є одними з найбільш численних фотосинтезуючих організмів на Землі.

Зоопланктон: споживачі моря

Зоопланктон такий же різноманітний, як і фітопланктон, охоплюючи широкий спектр організмів з різними стратегіями живлення та життєвими циклами. Деякі ключові групи зоопланктону включають:

• Веслоногі: Це дрібні ракоподібні, які є найбільш численним типом зоопланктону в океані. Веслоногі харчуються фітопланктоном та іншим зоопланктоном, і вони є важливим джерелом їжі для багатьох більших тварин, включаючи риб, морських птахів та китів. Вони зустрічаються у всіх океанах і добре пристосовані до різних умов навколишнього середовища.
• Криль: Це креветкоподібні ракоподібні, які особливо численні у Південному океані. Криль є ключовим видом в антарктичній екосистемі, утворюючи основу харчової мережі та підтримуючи велику кількість морського життя. Вони харчуються фітопланктоном і, в свою чергу, споживаються китами, тюленями, пінгвінами та рибами.
• Медузи: Хоча деякі медузи великі та легко помітні, багато видів проводять частину свого життєвого циклу як маленькі, планктонні личинки. Медузи є хижаками і харчуються іншим зоопланктоном та дрібною рибою. Вони можуть мати значний вплив на морську харчову мережу, особливо під час цвітіння.
• Форамініфери: Це одноклітинні протисти з оболонками з карбонату кальцію. Форамініфери зустрічаються у всіх океанах і є важливим компонентом морських осадів. Вони харчуються фітопланктоном та іншими дрібними організмами, а їхні оболонки можуть надати цінну інформацію про минулі умови океану.
• Личинкові стадії: Багато морських тварин, включаючи риб, крабів та молюсків, проводять свої ранні стадії життя як планктонні личинки. Ці личинки часто дуже відрізняються за зовнішнім виглядом від своїх дорослих форм і мають спеціалізовані пристосування для виживання в планктоні. Вони є вирішальною ланкою в життєвому циклі багатьох комерційно важливих видів.

Вплив змін навколишнього середовища на планктон

Планктон дуже чутливий до змін навколишнього середовища, що робить його цінним індикатором здоров'я океану. Кілька факторів наразі впливають на популяції планктону у всьому світі, зокрема:

• Зміна клімату: Підвищення температури океану, закислення океану та зміни океанічних течій – все це впливає на розподіл, чисельність та видовий склад планктону. Тепліші води можуть сприяти розмноженню певних видів фітопланктону над іншими, потенційно порушуючи харчову мережу. Закислення океану, викликане поглинанням надлишку вуглекислого газу з атмосфери, може ускладнити організмам, як-от коколітофорам та форамініферам, побудову їхніх оболонок з карбонату кальцію.
• Забруднення: Забруднення поживними речовинами від сільськогосподарського стоку та стічних вод може призвести до шкідливого цвітіння водоростей (HAB), яке може бути токсичним для морського життя та людей. Забруднення пластиком також може завдати шкоди планктону, оскільки мікропластик може потрапляти в зоопланктон, потенційно потрапляючи в харчову мережу. Розливи нафти та інші хімічні забруднювачі також можуть мати руйнівний вплив на популяції планктону.
• Перевилов риби: Перевилов риби може опосередковано впливати на популяції планктону, видаляючи їхніх хижаків або конкурентів. Наприклад, виснаження рибних запасів може призвести до збільшення популяцій зоопланктону, що, у свою чергу, може призвести до винищення популяцій фітопланктону.
• Закислення океану: Збільшення кислотності океанів, спричинене поглинанням атмосферного вуглекислого газу, становить значну загрозу для планктону з оболонками з карбонату кальцію, як-от коколітофори та форамініфери. Збільшена кислотність може ускладнити цим організмам побудову та підтримку їхніх оболонок, що може вплинути на їхнє виживання та чисельність.

Вивчення планктону: інструменти та методи

Вчені використовують різноманітні інструменти та методи для вивчення планктону, зокрема:

• Планктонні сітки: Це сітки конічної форми з дрібною сіткою, які буксируються через воду для збору зразків планктону. Різні розміри сіток використовуються для націлювання на різні класи планктону за розміром.
• Мікроскопи: Зразки планктону досліджуються під мікроскопами для ідентифікації та підрахунку різних наявних видів. Передові методи мікроскопії, такі як флуоресцентна мікроскопія, можуть використовуватися для вивчення фізіології та поведінки планктону.
• Дистанційне зондування: Супутники та інші платформи дистанційного зондування можуть використовуватися для моніторингу цвітіння фітопланктону та кольору океану, надаючи цінну інформацію про розподіл та чисельність планктону у великих просторових масштабах.
• Молекулярні методи: Секвенування ДНК та інші молекулярні методи використовуються для ідентифікації та вивчення різноманітності планктону, а також для дослідження експресії генів планктону та адаптації до змін навколишнього середовища.
• Автономні підводні апарати (AUV): AUV можуть бути оснащені датчиками та пристроями для відбору проб для збору даних планктону у віддалених або важкодоступних районах.

Глобальні приклади досліджень та моніторингу планктону

Дослідження та моніторинг планктону проводяться в усьому світі, з численними ініціативами, зосередженими на розумінні ролі планктону в глобальній екосистемі. Ось кілька прикладів:

• Дослідження безперервного реєстратора планктону (CPR): Ця довгострокова програма моніторингу збирає зразки планктону з Північної Атлантики з 1931 року, надаючи цінні дані про розподіл та чисельність планктону з часом. Дослідження CPR задокументували значні зміни в планктонних спільнотах у відповідь на зміну клімату та інші фактори навколишнього середовища.
• Глобальна система спостереження за океаном (GOOS): Ця міжнародна програма координує океанічні спостереження в усьому світі, включаючи моніторинг планктону. GOOS має на меті надати дані та інформацію для підтримки сталого управління океаном та його ресурсами.
• Експедиція Tara Oceans: Цей амбітний проект об'їхав земну кулю, збираючи зразки планктону з усіх основних океанічних басейнів. Експедиція Tara Oceans створила велику кількість даних про різноманітність, розподіл та функції планктону, надаючи нові уявлення про роль планктону в морській екосистемі.
• Регіональні програми моніторингу: Багато країн та регіонів мають власні програми моніторингу планктону для оцінки стану своїх прибережних вод та відстеження змін у планктонних спільнотах. Наприклад, Рамкова директива Європейського Союзу щодо морської стратегії (MSFD) вимагає від держав-членів контролювати планктон як частину їхніх зусиль щодо досягнення хорошого екологічного стану своїх морських вод.

Стратегії збереження та управління

Захист популяцій планктону має важливе значення для підтримки здоров'я та стійкості морської екосистеми. Деякі ключові стратегії збереження та управління включають:

• Зменшення викидів парникових газів: Вирішення проблеми зміни клімату має вирішальне значення для пом'якшення наслідків підвищення температури океану та закислення океану на планктон.
• Боротьба з забрудненням: Зменшення забруднення поживними речовинами від сільськогосподарського стоку та стічних вод може допомогти запобігти шкідливому цвітінню водоростей. Належне управління відходами пластику та іншими забруднювачами також має важливе значення.
• Стале управління рибальством: Впровадження практик сталого рибальства може допомогти підтримувати здорові запаси риби та запобігати непрямому впливу на популяції планктону.
• Морські охоронювані території (MPA): Створення MPA може захистити планктонні спільноти та інше морське життя від діяльності людини.
• Підвищення обізнаності: Навчання громадськості про важливість планктону та загрози, з якими він стикається, може допомогти сприяти відповідальній поведінці та підтримувати зусилля зі збереження.

Висновок: захист невидимого двигуна

Планктон, хоча й мікроскопічний, є основою морської харчової мережі та відіграє вирішальну роль у регулюванні клімату Землі. Розуміння різноманітності, екології та загроз, з якими стикаються ці життєво важливі організми, має важливе значення для забезпечення здоров'я та стійкості наших океанів. Вирішуючи проблему зміни клімату, контролюючи забруднення та впроваджуючи практику сталого управління, ми можемо захистити популяції планктону та захистити майбутнє морської екосистеми для майбутніх поколінь. Подальші дослідження та зусилля з моніторингу, що охоплюють різні географічні регіони, необхідні для повного розуміння складних взаємодій у планктонних спільнотах та їхньої реакції на глобальні зміни навколишнього середовища. Давайте відстоювати справу цих "дрейфуючих", бо їхня доля нерозривно пов'язана з нашою.