Woda życia
Oceany i morza pokrywają ponad 70% powierzchni Ziemi, a ich znaczenie dla klimatu, życia na Ziemi i całego ekosystemu jest nieocenione. Ale sama woda to nie wszystko. W głębinach tego błękitnego świata tętni życie, które na pierwszy rzut oka może być niewidoczne, a jest kluczowe dla całej planety. To fitoplankton.
Nazwa fitoplankton pochodzi od greckich słów phyto oznaczającego roślinę i planktos oznaczającego „wędrowca” lub „błądzącego”. Te mikroskopijne organizmy roślinne są podobne do roślin lądowych, ponieważ zawierają chlorofil i wymagają światła słonecznego do życia i wzrostu. Większość fitoplanktonu jest wyporna i unosi się w górnej części oceanu, gdzie światło słoneczne przenika przez wodę. Fitoplankton wymaga również nieorganicznych składników odżywczych, takich jak azotany, fosforany i siarka, które przekształcają w białka, tłuszcze i węglowodany. Fitoplankton składa się głównie z organizmów jednokomórkowych, które potrafią wytwarzać energię poprzez fotosyntezę. Dzięki temu mogą przekształcać dwutlenek węgla oraz światło słoneczne w tlen i energię chemiczną w postaci cukrów. Wszystkie formy fitoplanktonu są autotrofami, co oznacza, że same wytwarzają swoją energię. Ich różnorodność biologiczna jest ogromna – istnieją tysiące gatunków fitoplanktonu, które różnią się pod względem rozmiaru, kształtu, składu chemicznego i wymagań środowiskowych. Do najważniejszych grup fitoplanktonu zalicza się okrzemki (Diatomaceae), bruzdnice (Dinoflagellata) i sinice (Cyanobacteria).
Fitoplankton jest podstawowym źródłem energii, która napędza życie w oceanach. Bez niego ekosystemy morskie nie mogłyby funkcjonować. Pierwszym konsumentem fitoplanktonu jest zooplankton, czyli plankton zwierzęcy. Następnie zooplankton jest spożywany przez większe organizmy, takie jak małe ryby, a te z kolei stają się pokarmem dla większych ryb, ptaków morskich i ssaków, w tym tych największych – wielorybów i rekinów.
Jedną z najważniejszych i najbardziej odpowiedzialnych ról pełniących przez fitoplankton jest produkcja nawet 50% tlenu w atmosferze. Proces ten jest niezwykle istotny, ponieważ zapewnia życie na całej planecie. Choć wiele osób kojarzy produkcję tlenu głównie z lasami deszczowymi, to w rzeczywistości oceany, dzięki fitoplanktonowi, są równie ważnym producentem tego gazu. Na szczególną uwagę zasługuje jeden konkretny gatunek – Prochlorococcus. Jest najmniejszym organizmem fotosyntetyzującym na Ziemi, ale ta mała bakteria produkuje do 20% tlenu w całej naszej biosferze. To więcej niż wszystkie lasy tropikalne na lądzie razem wzięte!
Oceany przechowują 60 razy więcej węgla niż atmosfera i pochłaniają prawie 30% emisji dwutlenku węgla pochodzącego z działalności człowieka. Oznacza to, że są niezwykle ważne w globalnym cyklu węglowym i mają ogromne znaczenie dla klimatu planety. To właśnie fitoplankton pochłania olbrzymie ilości dwutlenku węgla z atmosfery. Odgrywa zatem istotną rolę w cyklu węglowym, jednym z najważniejszych procesów biogeochemicznych na Ziemi. Pochłaniając dwutlenek węgla z atmosfery, przekształca go bowiem w węgiel organiczny. Część tego węgla jest konsumowana przez zooplankton i inne organizmy morskie, a część zostaje osadzona na dnie oceanu w postaci martwego organicznego materiału. Zjawisko to nazywane jest biologiczną pompą węglową. Dzięki temu procesowi ogromne ilości węgla są usuwane z obiegu atmosferycznego i magazynowane w oceanach.
Niektóre gatunki fitoplanktonu produkują także związki siarki, które po uwolnieniu do atmosfery mogą tworzyć chmury. Te chmury odbijają promieniowanie słoneczne, pomagając w regulacji temperatury na powierzchni Ziemi. To kolejny proces, dzięki któremu fitoplankton działa jako naturalny regulator klimatu.
Szczególnie ważną rolę dla planety spełnia fitoplankton w rejonach arktycznych. Arktyczne wody przez większość roku pokryte są lodem i charakteryzują się ekstremalnymi warunkami: długimi okresami ciemności zimą oraz intensywnym nasłonecznieniem latem. To właśnie latem, kiedy lodowe pokrywy topnieją, fitoplankton rozwija się w ogromnych ilościach w krótkim, ale intensywnym okresie wegetacji. Zakwity fitoplanktonu w Arktyce są niezwykle produktywne – wykorzystują duże ilości składników odżywczych, które gromadzą się pod lodem zimą.
W zrównoważonym ekosystemie fitoplankton stanowi pożywienie dla szerokiej gamy organizmów morskich. Gdy dostępnych jest zbyt wiele składników odżywczych, fitoplankton może wymknąć się spod kontroli i tworzyć szkodliwe zakwity glonów (HAB). Zakwity te mogą wytwarzać niezwykle toksyczne związki, które mają szkodliwy wpływ na ryby, skorupiaki, ssaki, ptaki, a nawet ludzi.
Naukowcy zauważyli, że w ostatnich dziesięcioleciach ekosystemy morskie Arktyki, ale także Antarktydy przechodzą znaczące zmiany z powodu wzrostu temperatur atmosferycznych i oceanicznych. W niektórych rejonach Antarktydy zaobserwowali zwiększoną biomasę fitoplanktonu oraz dłuższe okresy zakwitów. Zmiany środowiskowe wywołane działalnością człowieka niestety wpływają niekorzystnie na populacje fitoplanktonu. Wzrost temperatury wód oceanicznych może zakłócać procesy fotosyntezy, a także prowadzić do zmian w strukturze gatunkowej fitoplanktonu. Wraz z ociepleniem Arktyki i przyspieszonym topnieniem lodu, cykle zakwitów fitoplanktonu ulegają przesunięciu, co wpływa na zmniejszenie dostępności składników odżywczych. Zmiany te mogą zaburzać zarówno lokalne ekosystemy, jak i globalny cykl węglowy, potencjalnie przyspieszając globalne ocieplenie poprzez zmniejszenie zdolności oceanów do pochłaniania dwutlenku węgla.
Wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze prowadzi także do zakwaszania oceanów oraz wpływa na chemiczne właściwości oceanów, zmniejszając dostępność węglanu wapnia, który jest niezbędny dla niektórych gatunków fitoplanktonu, takich jak okrzemki. Zakwaszone wody mogą również zaburzać procesy fotosyntezy i reprodukcji fitoplanktonu. Zanieczyszczenia chemiczne, takie jak pestycydy, metale ciężkie oraz substancje odżywcze pochodzące z nawozów rolniczych, mają również negatywny wpływ na populacje fitoplanktonu. Szczególnie niebezpieczne są tzw. zakwity glonów, które są spowodowane nadmiernym wprowadzeniem składników odżywczych, takich jak azot i fosfor, do ekosystemów wodnych. Takie zakwity mogą prowadzić do powstawania martwych stref w oceanach, w których brakuje tlenu, co uniemożliwia rozwój fitoplanktonu i innych organizmów.
Należy pamiętać, że chociaż oceany produkują co najmniej 50% tlenu na Ziemi, mniej więcej taka sama ilość jest zużywana przez organizmy morskie. Podobnie jak zwierzęta lądowe, zwierzęta morskie wykorzystują tlen do oddychania, a zarówno rośliny, jak i zwierzęta wykorzystują tlen do oddychania komórkowego. Tlen jest również zużywany, gdy martwe rośliny i zwierzęta rozkładają się w oceanie. Tlen znajduje się również w atmosferze, gdzie gromadził się przez setki milionów lat. Większość tlenu, którym oddychają ludzie, pochodzi właśnie z tego źródła.
Jest to szczególnie problematyczne, gdy zakwity glonów umierają, a proces rozkładu zużywa tlen szybciej, niż można go uzupełnić. Może to doprowadzić do powstania obszarów o bardzo niskim stężeniu tlenu, czyli hipoksji. Obszary te są często nazywane martwymi strefami, ponieważ poziomy tlenu są zbyt niskie, aby wspierać większość życia morskiego. National Centers for Coastal Ocean Science (NCCOS) wchodząca w skład National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) prowadzi szeroko zakrojone badania nad szkodliwymi zakwitami glonów, stawia prognozy dotyczące zakwitów i niedotlenienia, aby zmniejszyć szkody wyrządzone ekosystemowi oceanu i środowisku ludzkiemu.
Opracowano na podstawie:
What are phytoplankton?
How much oxygen comes from the ocean?
Climate change is associated with higher phytoplankton biomass and longer blooms in the West Antarctic Peninsula
Oceans absorb 30% of emissions, driven by a huge carbon pump: Tiny marine animals are key to cycle, says study
