Fitoplankton – mikroskopijne organizmy
roślinne
(w tym
glony
niezaliczane do królestwa roślin w niektórych systemach taksonomicznych) oraz
sinice
(należące do
Procaryota
) , które biernie unoszą się w
wodzie
, nie posiadając zdolności ruchu lub tylko w znacznie ograniczonym zakresie.
Podstawowe informacje
Nazwa pochodzi od greckich słów phyton – "roślina" oraz πλαγκτν – “błądzić”, “dryfować”. Większość fitoplanktonu jest mikroskopijna (rzędu kilku do kilkuset
mikrometrów
), ale duże koncentracje powodują zmianę koloru wody. Fitoplankton jest składnikiem
planktonu
, formacji ekologicznej która wraz z
tryptonem
tworzy
seston
– zawiesinę unoszącą się w wodzie każdego zbiornika wodnego. Fitoplankton odżywia się za pomocą
fotosyntezy
w dobrze oświetlonej, górnej warstwie oceanu, morza, czy jeziora (
strefa eufotyczna
). Fitoplankton w oceanach podobnie jak i rośliny na lądach jest odpowiedzialny za
asymilację
dwutlenku węgla
oraz produkcję
tlenu
w atmosferze. Fitoplankton jest podstawą większości oceanicznej produkcji biomasy (
produkcja pierwotna
). Rozwój fitoplanktonu zależy od dostępności zasobów potrzebnych do fotosyntezy (
światło
,
dwutlenek węgla
) i nieorganicznych związków, głównie
azotanów
i
fosforanów
. W wyniku przeżyźnienia tymi związkami zbiorników wodnych (
eutrofizacji
) następuje zazwyczaj wzrost
biomasy
fitoplanktonu, który przy dużym nasilaniu prowadzi do powstawania
zakwitów wody
.
Zakwity fitoplanktonu
mogą być toksyczne. W skład fitoplanktonu wchodzą różne grupy taksonomiczne:
sinice
(Cyanophyta, Cyanobacteria),
zielenice
(Chlorophyta),
okrzemki
(Bacillariophyceae),
bruzdnice
(Dinoflagellata),
eugleniny
i in. Z fitoplanktonem mórz i oceanów związane są zaskakujące hipotezy naukowe zmian klimatu GAIA oraz CLAW. Masę fitoplanktonu (informacja użyteczna np. dla rybołówstwa) można ocenić na podstawie koloru oceanu.
Ekologia fitoplanktonu i znaczenie w ekosystemach wodnych
Fitoplankton jest najważniejszą grupą
producentów pierwotnych
w większości zbiorników wodnych. Jest podstawowym elementem wielu
sieci troficznych
. Rozwój fitoplanktonu jest uzależniony zarówno od dostępności zasobów potrzebnych do wzrostu (
światło
,
dwutlenek węgla
,
azot
,
fosfor
, i inne) jak i od obecności jego
konsumentów
, jakim jest głównie
zooplankton
w tym
skorupiaki
filtrujące (filtratory), takie jak
rozwielitki
. Zooplankton może jednak tylko w pewnym stopniu ograniczać rozwój fitoplanktonu poprzez wyżeranie (spasanie, ang. grazing) ze względu na to, że pewne gatunki należące do fitoplanktonu są pomijane przez filtratorów ze względu na kształt lub wielkość. Fitoplankton może też być wyżerany przez inne organizmy np.
ryby
(
tołpyga
),
ssaki
(walenie) lub
mięczaki
(
racicznica zmienna
).
Kolor oceanu z przestrzeni kosmicznej
Zmiana koloru oceanu z niebieskiego na zielony czy brunatny zależy od koncentracji i rodzaju fitoplanktonu. Pierwszy, który zwrócił na to uwagę, był przypuszczalnie
William Scoresby
, który badał Morze Arktyczne. Komórki fitoplanktonu zawierają barwniki (chromatofory)
Niebieski barwnik sinic to fikocyjanina. Barwniki zielenic to chlorofil a i b, karoteny, i
ksantofile
. Barwniki okrzemek to chlorofil a i b, oraz
karotenoidy
. Kolor oceanu jest kombinacją oddziaływania światła widzialnego z barwnikami fitoplanktonu. Za pomocą pomiarów satelitarnych w różnych długościach światła widzialnego (najczęściej za pomocą pomiaru w kolorze zielonym i niebieskim) można wyznaczyć ilość chlorofilu w wodzie. Dokonuje się tego poprzez korelację bezpośrednich pomiarów chlorofilu (ze statku) w tym samym czasie co pomiar koloru oceanu z satelity. Mimo pozornej prostoty tego pomysłu w praktyce jest to trudne, głównie ze względu na fakt, że światło odbite od powierzchni wody stanowi tylko mały przyczynek do światła obserwowanego w przestrzeni kosmicznej. Reszta sygnału pochodzi od aerozolu atmosferycznego i trzeba stosować skomplikowane algorytmy
teledetekcyjne
usuwające ten sygnał, jest to tzw. poprawka atmosferyczna.
Dane z instrumentu SeaWifs. Kolory opisują globalną koncentracje chlorofilu w wodzie. Widać, że centralne części oceanów są pozbawione chlorofilu. Natomiast blisko lądów czy w obszarach biegunowych koncentracja jest duża.
Fitoplankton i chmury - hipoteza CLAW
Istnieje hipoteza, że powstawanie chmur nad oceanami zależy od roślin (fitoplanktonu) w oceanie. Wobec tego fitoplankton może pośrednio wpływać na
zmiany klimatu
. Wiele typów fitoplanktonu produkuje propionian siarczku metylu (
ang.
dimethyl sulphoniopropionate (DMSP)), który jest przekształcany na siarczek metylu (ang.
DMS
dimethyl sulphide). Obecność DMS w atmosferze prowadzi do zwiększonej ilości aerozoli siarczanowych. Jednym z ważnych producentów DMSP jest kokolitowiec Emiliana huxleyi. W 1987 Charlson, Lovelock, Andreae oraz Warren (pierwsze litery nazwisk autorów to CLAW) zaproponowali, że wzrastająca temperatura ziemi doprowadzi do zwiększonej ilości fitoplanktonu. To spowoduje zwiększoną liczbę DMS w atmosferze, co spowoduje zwiększoną liczbę aerozoli siarczanowych. Autorzy zakładają, że aerozole siarczanowe nad oceanami służą jako jądra kondensacji chmur. Chmury zwiększają ilość promieniowania słonecznego odbitego (
albedo
), co powoduje zmniejszenie temperatury powierzchni ziemi. Wobec tego, hipoteza CLAW jest przykładem (negatywnego) sprzężenia zwrotnego zjawisk klimatycznych.
Pomimo wielu pomiarów nie udało się do tej pory jednoznacznie potwierdzić hipotezy CLAW. Po pierwsze, nie ma silnej korelacji pomiędzy DMS a ilością fitoplanktonu. Po drugie, istnieją przesłanki, że to sól morska stanowi główne źródło małych cząstek, na których powstają krople chmurowe nad oceanami (patrz
Alfred Woodcock
) oraz, że DMS oddziałuje z aerozolem soli-morskiej.
Pomiary fitoplanktonu
Podstawową metodą oceny ilości oraz składu gatunkowego fitoplanktonu w zbiornikach wodnych jest analiza mikroskopowa, która polega na oznaczeniu taksonomicznym, zliczeniu oraz pomiarach wielkości wszystkich osobników znajdujących się w określonej próbce wody. Prostszą i szybszą metodą jest oznaczenie koncentracji
chlorofilu
w wodzie, które polega na odfiltrowaniu zawiesiny z wody, wyekstrahowaniu z niej chlorofilu przy użyciu rozpuszczalnika organicznego (np.
etanolu
) a następnie
spektrofotometrycznym
pomiarze
absorbancji
przy określonej długości fali
światła
widzialnego. Obecnie do oznaczenia koncentracji chlorofilu, zwłaszcza w badaniach
monitoringowych
, coraz częściej stosuje się mierniki elektroniczne dokonujące pomiaru bezpośrednio w zbiorniku wodnym. W urządzeniach tych stosowane są sondy wykorzystujące do pomiaru chlorofilu zjawisko
fluorescencji
. Ze względu na to, że analiza mikroskopowa jest czasochłonna i wymaga specjalistycznej wiedzy często zastępuje się ją tylko analizą koncentracji
chlorofilu
, która nie daje jednak informacji na temat składu gatunkowego fitoplanktonu lecz pokazuje jego ogólną ilość. Jedną z metod pomiaru wielkości cząstek fitoplanktonu jest
cytometria przepływowa
(ang. flow cytometry). Zobacz też jak
rozpraszanie światła
może być wykorzystywane do mierzenia wielkości i własności fitoplanktonu.
Zobacz też
Bibliografia
- Żmudziński L., Kornijów R., Bolałek J., Górniak A., Olańczuk–Neymann K., Pęczalska A. 2002. Słownik hydrobiologiczny (ochrona wód, terminy, pojęcia i interpretacje). W–wa, PWN, ss. 287, ISBN: 8301136596.