Planteplankton - Phytoplankton
| Del av en serie om |
| Plankton |
|---|
 |
Fytoplankton ( / ˌ f aɪ t oʊ p l æ ŋ k t ə n / ) er de autotrofe (selvmatings) komponenter av plankton samfunnet og en sentral del av havet og i ferskvann økosystemer . Navnet kommer fra de greske ordene φυτόν ( phyton ), som betyr ' plante ', og πλαγκτός ( planktos ), som betyr 'vandrer' eller 'drifter'.
Planteplankton får energien sin gjennom fotosyntese , det samme gjør trær og andre planter på land. Dette betyr at planteplankton må ha lys fra solen, så de lever i de godt opplyste overflatelagene ( euphotisk sone ) i hav og innsjøer. Sammenlignet med terrestriske planter er planteplankton fordelt på et større overflateareal, utsatt for mindre sesongvariasjon og har markant raskere omsetningshastigheter enn trær (dager versus tiår). Som et resultat reagerer planteplankton raskt på global skala på klimavariasjoner.
Fytoplankton danner grunnlaget for marine og ferskvannsfôr og er viktige aktører i den globale karbonsyklusen . De står for omtrent halvparten av den globale fotosyntetiske aktiviteten og minst halvparten av oksygenproduksjonen, til tross for at de bare utgjør omtrent 1% av den globale plantebiomassen. Fytoplankton er veldig mangfoldig, og varierer fra fotosyntetiserende bakterier til plantelignende alger til pansrede kokkolitoforer . Viktige grupper av planteplankton inkluderer kiselalger , cyanobakterier og dinoflagellater , selv om mange andre grupper er representert.
De fleste planteplankton er for små til å bli sett individuelt med blikket . Imidlertid kan noen varianter bli merket som fargede flekker på vannoverflaten på grunn av tilstedeværelsen av klorofyll i cellene og tilleggspigmenter (for eksempel phycobiliproteiner eller xantofyller ) hos noen arter når de er tilstede i høye nok tall .
Oversikt
Forskere anslår halvparten av global fotosyntetisk karbonfiksering og 50-80% av oksygenproduksjonen på jorden kommer fra havet. Mesteparten av denne produksjonen er fra marine fytoplankton - drivende tang , marine alger og noen fotosyntetiske bakterier kalt cyanobakterier . En bestemt bakterieart, Prochlorococcus , er den minste fotosyntetiske organismen på jorden. Men denne lille bakterien produserer opptil 20% av alt oksygen i den globale biosfære . Det er en høyere prosentandel enn alle tropiske regnskoger på land til sammen.
Det er vanskelig å beregne den eksakte oksygenprosenten i havet fordi mengdene stadig endres. Forskere kan bruke hav farge satellittbilder for å spore photosynthesizing plankton og estimere mengden av fotoforekommer i havet. Men satellittbilder kan ikke fortelle hele historien. Mengden plankton endres sesongmessig og som svar på endringer i vannets næringsbelastning, temperatur og andre faktorer. Studier har vist at mengden oksygen på bestemte steder varierer med tid på dagen og med tidevannet.
Typer
Planteplankton er fotosyntetiserende mikroskopiske protister og bakterier som befinner seg i det øvre solbelyste laget av nesten alle hav og ferskvannsmasser på jorden. Parallelt med planter på land er planteplankton midler for primærproduksjon i vann. De skaper organiske forbindelser fra karbondioksid oppløst i vann, en prosess som opprettholder den akvatiske næringskjede . Fytoplankton danner grunnlaget for det marine næringsnettet og er avgjørende aktører i jordens karbonsyklus .
cyanobakterier diatom dinoflagellat grønnalger coccolithophore Noen fytoplanktontyper (ikke i skala)
"Marin fotosyntese domineres av mikroalger , som sammen med cyanobakterier kollektivt kalles fytoplankton." Fytoplankton er ekstremt mangfoldig, alt fra fotosyntetiserende bakterier (cyanobakterier), til plantelignende kiselalger, til rustningsbelagte kokolithoforer.
planteplankton
er pansret
Økologi
Fytoplankton skaffe energi gjennom prosessen med fotosyntese , og må derfor bor i godt opplyste overflatelag (betegnet eufotiske sone ) av et hav , sjø , innsjø , eller annen vannmasse. Fytoplankton står for omtrent halvparten av all fotosyntetisk aktivitet på jorden. Deres samlede energi fiksering i karbonforbindelser ( primærproduksjon ) er basis for de aller fleste oceanic og også mange ferskvann næringskjeder ( chemosynthesis er en bemerkelsesverdig unntak).
Mens nesten alle planteplanktonarter er obligate photoautotrophs , er det noen som er mixotrophic og andre, ikke-pigmentert arter som faktisk er heterotrofe (sistnevnte blir ofte sett på som zooplankton ). Av disse er de mest kjente dinoflagellat -slektene som Noctiluca og Dinophysis , som oppnår organisk karbon ved å innta andre organismer eller detritalt materiale.
Fytoplankton lever i den fotiske sonen i havet, hvor fotosyntese er mulig. Under fotosyntesen assimilerer de karbondioksid og frigjør oksygen. Hvis solstrålingen er for høy, kan fytoplankton bli offer for fotodegradering . For vekst er fytoplanktonceller avhengig av næringsstoffer som kommer inn i havet ved elver, kontinental forvitring og isis smeltevann på polene. Fytoplankton frigjør oppløst organisk karbon (DOC) i havet. Siden planteplankton er grunnlaget for marine næringsnett , fungerer de som byttedyr for dyreplankton , fiskelarver og andre heterotrofiske organismer. De kan også nedbrytes av bakterier eller ved viral lysis . Selv om noen fytoplanktonceller, for eksempel dinoflagellater , er i stand til å migrere vertikalt, er de fortsatt ikke i stand til å bevege seg aktivt mot strømmer, så de synker sakte og til slutt gjødsler havbunnen med døde celler og detritus .
Planteplankton er avgjørende for mineraler . Dette er først og fremst makronæringsstoffer som nitrat , fosfat eller kiselsyre , hvis tilgjengelighet styres av balansen mellom den såkalte biologiske pumpen og oppvelling av dypt, næringsrikt vann. Fytoplanktons næringssammensetning driver og er drevet av Redfield -forholdet mellom makronæringsstoffer som vanligvis er tilgjengelige i overflaten. Men over store deler av verdenshavene som Sørishavet , er planteplankton begrenset av mangel på mikronæringsstoffer jern . Dette har ført til at noen forskere har gått inn for jerngjødsling som et middel for å motvirke akkumulering av menneskelig produsert karbondioksid (CO 2 ) i atmosfæren . Store eksperimenter har tilsatt jern (vanligvis som salter som jernsulfat ) i havene for å fremme fytoplanktonvekst og trekke atmosfærisk CO 2 ut i havet. Kontrovers om manipulering av økosystemet og effektiviteten av jerngjødsling har bremset slike eksperimenter.
Fytoplankton er avhengig av B -vitaminer for å overleve. Områder i havet har blitt identifisert som å ha en stor mangel på noen B -vitaminer, og tilsvarende planteplankton.
Effektene av menneskeskapt oppvarming på den globale befolkningen av planteplankton er et område med aktiv forskning. Endringer i den vertikale lagdelingen av vannsøylen, hastigheten på temperaturavhengige biologiske reaksjoner og atmosfærisk tilførsel av næringsstoffer forventes å ha viktige effekter på fremtidig planteplanktonproduktivitet.
Effektene av menneskeskapt forsuring av havet på planteplanktonvekst og samfunnsstruktur har også fått stor oppmerksomhet. Fytoplankton som kokolitoforer inneholder kalsiumkarbonatcellevegger som er følsomme for forsuring av havet. På grunn av deres korte generasjonstid antyder bevis at noe planteplankton kan tilpasse seg endringer i pH indusert av økt karbondioksid på raske tidsskalaer (måneder til år).
Fytoplankton fungerer som grunnlaget for vannmaten, og gir en viktig økologisk funksjon for alt liv i vann. Under fremtidige forhold med menneskeskapt oppvarming og forsuring av hav kan endringer i fytoplanktondødelighet på grunn av endringer i frekvensen av beite med dyreplankton være betydelige. En av de mange næringskjedene i havet - bemerkelsesverdig på grunn av det lille antallet koblinger - er fytoplankton som opprettholder krill (et krepsdyr som ligner en liten reke), som igjen opprettholder baleenhvaler .
El Niño-Southern Oscillation (ENSO) -syklusene i Ekvatorial-Stillehavsområdet kan påvirke planteplankton. Biokjemiske og fysiske endringer under ENSO -sykluser endrer fytoplanktonsamfunnets struktur. Det kan også forekomme endringer i strukturen til planteplanktonet, for eksempel en betydelig reduksjon i biomasse og fytoplanktontetthet, spesielt i El Nino -faser. Å være fytoplankton følsom for miljøendringer er derfor det brukes som en indikator på elvemunningen og kystøkologiske forhold og helse. For å studere disse hendelsene brukes satellittfarger i havet for å observere disse endringene. Satellittbilder bidrar til å få et bedre overblikk over deres globale distribusjon.
Mangfold
.jpg)
Begrepet planteplankton omfatter alle fotoautotrofiske mikroorganismer i vannlevende næringsnett . I motsetning til terrestriske lokalsamfunn , der de fleste autotrofer er planter , er fytoplankton imidlertid en mangfoldig gruppe, som inneholder protistan eukaryoter og både eubakterielle og arkebakterielle prokaryoter . Det er omtrent 5000 kjente arter av marine fytoplankton. Hvordan et slikt mangfold utviklet seg til tross for knappe ressurser (begrensning av nisjedifferensiering ) er uklart.
Når det gjelder tall, inkluderer de viktigste gruppene av planteplankton diatomer , cyanobakterier og dinoflagellater , selv om mange andre grupper av alger er representert. En gruppe, coccolithophorids , er (delvis) ansvarlig for frigjøring av betydelige mengder dimetylsulfid (DMS) i atmosfæren . DMS oksideres for å danne sulfat, som i områder der konsentrasjonen i aerosolpartikkelen er lav, kan bidra til befolkningen i skykondensasjonskjerner , for det meste føre til økt skydekke og skyalbedo i henhold til den såkalte CLAW Hypothesis . Ulike typer planteplankton støtter forskjellige trofiske nivåer innenfor varierende økosystemer. I oligotrofiske havområder som Sargassohavet eller Sør -Stillehavet , domineres fytoplankton av små celler, kalt picoplankton og nanoplankton (også referert til som picoflagellater og nanoflagellater), hovedsakelig sammensatt av cyanobakterier ( Prochlorococcus , Synechococcus ) og picoe som Micromonas . Innenfor mer produktive økosystemer, dominert av oppvelling eller høye landinnganger, er større dinoflagellater det mer dominerende planteplanktonet og reflekterer en større del av biomassen .
Vekststrategier
På begynnelsen av det tjuende århundre fant Alfred C. Redfield likheten mellom fytoplanktons elementære sammensetning og de store oppløste næringsstoffene i dyphavet. Redfield foreslo at forholdet mellom karbon og nitrogen til fosfor (106: 16: 1) i havet ble kontrollert av fytoplanktonets krav, ettersom planteplankton deretter frigjør nitrogen og fosfor etter hvert som de blir remineralisert. Dette såkalte " Redfield-forholdet " for å beskrive støkiometri av planteplankton og sjøvann har blitt et grunnleggende prinsipp for å forstå marin økologi, biogeokjemi og fytoplanktonutvikling. Redfield -forholdet er imidlertid ikke en universell verdi, og det kan avvike på grunn av endringene i eksogen tilførsel av næringsstoffer og mikrobielle metabolisme i havet, for eksempel nitrogenfiksering , denitrifikasjon og anammox .
Den dynamiske støkiometrien vist i encellede alger gjenspeiler deres evne til å lagre næringsstoffer i et internt basseng, skifte mellom enzymer med forskjellige næringsbehov og endre osmolyttsammensetning. Ulike mobilkomponenter har sine egne unike støkiometriegenskaper, for eksempel inneholder ressurser (lys eller næringsstoffer) anskaffelsesmaskiner som proteiner og klorofyll en høy konsentrasjon av nitrogen, men lite fosfor. I mellomtiden inneholder vekstmaskiner som ribosomalt RNA høye nitrogen- og fosforkonsentrasjoner.
Basert på allokering av ressurser, er planteplankton klassifisert i tre forskjellige vekststrategier, nemlig survivalist, bloomer og generalist. Survivalistisk fytoplankton har et høyt forhold på N: P (> 30) og inneholder en overflod av ressursinnsamlingsmaskineri for å opprettholde vekst under knappe ressurser. Bloomer planteplankton har et lavt N: P -forhold (<10), inneholder en høy andel vekstmaskineri og er tilpasset eksponentiell vekst. Generalist fytoplankton har lignende N: P som Redfield-forholdet og inneholder relativt like ressursinnsamlings- og vekstmaskineri.
Faktorer som påvirker overflod
Den NAAMES Studien var en fem-års vitenskapelig forskningsprogram gjennomført mellom 2015 og 2019 av forskere fra Oregon State University og NASA for å undersøkte aspekter av planteplankton dynamikk i hav økosystemer, og hvordan en slik dynamikk påvirke atmosfæriske aerosoler , skyer og klima (NAAMES står for the North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study). Studien fokuserte på den sub-arktiske regionen i Nord-Atlanterhavet, som er stedet for en av jordens største tilbakevendende planteplanktonblomstrer. Den lange historien til forskning på dette stedet, så vel som den relativt enkle tilgjengeligheten, gjorde Nord -Atlanteren til et ideelt sted for å teste rådende vitenskapelige hypoteser i et forsøk på å bedre forstå rollen som fytoplankton -aerosolutslipp på jordens energibudsjett.
NAAMES ble designet for å målrette mot spesifikke faser av den årlige planteplanktonsyklusen: minimum, klimaks og mellomleddet reduserer og øker biomassen, for å løse debatter om tidspunktet for blomsterdannelser og mønstrene som driver den årlige gjenopprettelsen av blomster. NAAMES -prosjektet undersøkte også mengden, størrelsen og sammensetningen av aerosoler generert av primærproduksjon for å forstå hvordan fytoplanktonblomstring påvirker skyformasjoner og klima.
Faktorer som påvirker produktiviteten
Planteplankton er de viktigste mediatorene for den biologiske pumpen . Å forstå fytoplanktons respons på endrede miljøforhold er en forutsetning for å forutsi fremtidige atmosfæriske konsentrasjoner av CO 2 . Temperatur, bestråling og næringskonsentrasjoner, sammen med CO 2, er de viktigste miljøfaktorene som påvirker fysiologi og støkiometri av planteplankton. Støkiometrien eller elementær sammensetning av planteplankton er av største betydning for sekundære produsenter som copepods, fisk og reker, fordi den bestemmer ernæringskvaliteten og påvirker energistrømmen gjennom de marine næringskjedene . Klimaendringer kan i stor grad omstrukturere fytoplanktonsamfunn som kan føre til brusende konsekvenser for marine matvev , og derved endre mengden karbon som transporteres til havets indre.
Diagrammet til høyre gir en oversikt over de ulike miljøfaktorene som sammen påvirker planteplanktonproduktiviteten . Alle disse faktorene forventes å gjennomgå betydelige endringer i det fremtidige havet på grunn av globale endringer. Global oppvarmingssimuleringer forutsier økning i temperaturen i havet; dramatiske endringer i oseanisk lagdeling, sirkulasjon og endringer i skydekke og havis, noe som resulterer i økt lysforsyning til havoverflaten. Det er også spådd redusert næringstilførsel samtidig med forsuring og oppvarming av havet på grunn av økt lagdeling av vannsøylen og redusert blanding av næringsstoffer fra dypt vann til overflaten.
Fytoplanktons rolle
I diagrammet til høyre inkluderer rommene som påvirkes av planteplankton den atmosfæriske gassammensetningen, uorganiske næringsstoffer og sporelementflukser samt overføring og syklus av organisk materiale via biologiske prosesser. Det fotosyntetisk fikserte karbonet resirkuleres og gjenbrukes raskt i havoverflaten, mens en viss brøkdel av denne biomassen eksporteres som synkende partikler til dyphavet, hvor det er gjenstand for pågående transformasjonsprosesser, for eksempel remineralisering.
Antropogene endringer
påvirkes av støy fra forskjellig opprinnelse
Marint fytoplankton utfører halvparten av den globale fotosyntetiske CO 2 -fikseringen (netto global primærproduksjon på ~ 50 Pg C per år) og halvparten av oksygenproduksjonen til tross for at den bare utgjør ~ 1% av den globale plantebiomassen. Sammenlignet med terrestriske planter er marine fytoplankton fordelt på et større overflateareal, utsatt for mindre sesongvariasjon og har markant raskere omsetningshastigheter enn trær (dager versus tiår). Derfor reagerer planteplankton raskt på global skala på klimavariasjoner. Disse egenskapene er viktige når man evaluerer fytoplanktons bidrag til karbonfiksering og forutsier hvordan denne produksjonen kan endre seg som respons på forstyrrelser. Å forutsi virkningene av klimaendringer på primærproduktiviteten kompliseres av fytoplanktonblomstringssykluser som påvirkes av både bottom-up-kontroll (for eksempel tilgjengeligheten av essensielle næringsstoffer og vertikal blanding) og top-down-kontroll (for eksempel beite og virus). Økninger i solstråling, temperatur og ferskvannstilførsel til overflatevann styrker havets stratifisering og reduserer følgelig transport av næringsstoffer fra dypt vann til overflatevann, noe som reduserer primærproduktiviteten. Omvendt kan stigende CO 2 -nivåer øke fytoplanktons primære produksjon, men bare når næringsstoffer ikke er begrensende.
Noen studier indikerer at den globale globale fytoplanktontettheten i verden har gått ned det siste århundret, men disse konklusjonene er blitt stilt spørsmål ved på grunn av begrenset tilgjengelighet av langsiktige fytoplanktondata, metodiske forskjeller i datagenerering og den store årlige og dekadale variasjonen i planteplanktonproduksjon. Videre antyder andre studier en global økning i oseanisk fytoplanktongproduksjon og endringer i spesifikke regioner eller spesifikke planteplanktongrupper. Den globale sjøisindeksen synker, noe som fører til høyere lysinntrengning og potensielt mer primærproduksjon; Imidlertid er det motstridende spådommer for effekten av variable blandingsmønstre og endringer i næringsstofftilførsel og for produktivitetstrender i polare soner.
Effekten av menneskeskapte klimaendringer på fytoplanktons biologiske mangfold er ikke godt forstått. Skulle klimagassutslipp fortsette å stige til høye nivåer innen 2100, forutsier noen fytoplanktonmodeller en økning i artsrikdom , eller antall forskjellige arter innenfor et gitt område. Denne økningen i planktonmangfoldet er sporet til varmere havtemperaturer. I tillegg til artsrikdom endres, forventes stedene der planteplankton distribueres å bevege seg mot jordens poler. Slik bevegelse kan forstyrre økosystemer, fordi fytoplankton forbrukes av dyreplankton, som igjen opprettholder fiskeriet. Dette skiftet i fytoplanktonplasseringen kan også redusere planteplanktons evne til å lagre karbon som ble sendt ut av menneskelige aktiviteter. Menneskelige (antropogene) endringer i planteplankton påvirker både naturlige og økonomiske prosesser.
Havbruk
Planteplankton er et sentralt næringsmiddel i både havbruk og marikultur . Begge bruker planteplankton som mat for dyrene som blir oppdrettet. I marikultur forekommer planteplanktonet naturlig og blir introdusert i innkapslinger med normal sirkulasjon av sjøvann. I oppdrett må fytoplankton skaffes og innføres direkte. Planktonet kan enten samles fra en vannmasse eller dyrkes, selv om den tidligere metoden sjelden brukes. Fytoplankton brukes som næringsmiddel for produksjon av rotfôr , som igjen brukes til å mate andre organismer. Planteplankton er også brukt til å mate mange varianter av Aquacultured bløtdyr , inkludert perle østers og gigantiske muslinger . En studie fra 2018 estimerte næringsverdien av naturlig planteplankton når det gjelder karbohydrat, protein og lipid over hele verdenshavet ved hjelp av havfargedata fra satellitter, og fant at brannverdien av fytoplankton varierer betydelig på tvers av forskjellige havområder og mellom forskjellige tider på år.
Produksjonen av planteplankton under kunstige forhold er i seg selv en form for havbruk. Fytoplankton dyrkes for en rekke formål, inkludert næringsmateriale for andre akvakulturelle organismer, et kosttilskudd for virvelløse dyr i fangenskap i akvarier . Kulturstørrelser spenner fra småskala laboratoriekulturer på mindre enn 1 L til flere titusenvis liter for kommersielt havbruk. Uavhengig av størrelsen på kulturen må det gis visse betingelser for effektiv vekst av plankton. Flertallet av dyrket plankton er marint, og sjøvann med en spesifikk tyngdekraft på 1,010 til 1,026 kan brukes som et kulturmedium. Dette vannet må steriliseres , vanligvis ved enten høye temperaturer i en autoklav eller ved eksponering for ultrafiolett stråling , for å forhindre biologisk forurensning av kulturen. Ulike gjødsel tilsettes kulturmediet for å lette veksten av plankton. En kultur må luftes eller omrøres på en eller annen måte for å holde plankton suspendert, samt for å gi oppløst karbondioksid til fotosyntese . I tillegg til konstant lufting blandes eller omrøres de fleste kulturer regelmessig. Lys må gis for vekst av planteplankton. Den fargetemperatur av belysning bør være ca 6500 K, men verdiene fra 4000 K til i overkant av 20 000 K har vært brukt med hell. Varigheten av lyseksponering bør være omtrent 16 timer daglig; Dette er den mest effektive kunstige daglengden.
Se også
- Algakultur - Havbruk som involverer oppdrett av alger
- AlgaeBase - Artsdatabase
- Bakterioplankton - bakteriekomponent av planktonet som driver i vannsøylen
- Biologisk pumpe - Havets biologisk drevne binding av karbon fra atmosfæren til havets indre og havbunn
- CLAW -hypotese - En hypotetisert negativ tilbakemeldingssløyfe som forbinder den marine biotaen og klimaet
- Kritisk dybde
- Maksimal dyp klorofyll
- Ferskvannsfytoplankton
- Jernbefruktning
- Mikrofyt (mikroalger)
- NAAMES
- Forsuring av havet
- Paradoks av plankton - Den økologiske observasjonen av høyt planktondiversitet til tross for konkurranse om få ressurser
- Fotosyntetisk picoplankton
- Whiting-hendelse -Suspensjon av finkornede kalsiumkarbonatpartikler i vannforekomster
- Tynne lag (oseanografi)
Referanser
Videre lesning
- Greeson, Phillip E. (1982). En kommentert nøkkel til identifisering av vanlige og dominerende slekter av alger observert i fytoplankton i USA . Washington, DC: United States Government Printing Office. ISBN 978-0-607-68844-3.
- Kirby, Richard R. (2010). Ocean Drifters: En hemmelig verden under bølgene . Studio Cactus. ISBN 978-1-904239-10-9.
- Martin, Ronald; Quigg, Antonietta (2013). "Små planter som en gang styrte havene". Vitenskapelig amerikansk . 308 (6): 40–5. Bibcode : 2013SciAm.308f..40M . doi : 10.1038/scientificamerican0613-40 . PMID 23729069 .
Eksterne linker
- Secchi Disk og Secchi app , et borgervitenskapelig prosjekt for å studere planteplanktonet
- Ocean Drifters , en kortfilm fortalt av David Attenborough om planktons varierte roller
- Plankton Chronicles , en kort dokumentarfilm og bilder
- DMS og klima , NOAA
- Plankton*Netto , bilder av planktoniske arter