Направи дарение на училище!

Автор: Ралица Зидарова

Микроскопичните организми от морския фитопланктон винаги са оставали извън  погледа и мислите на обикновения човек. Най-вероятно неглижирането им е заради малките им размери, което ги прави невидими за човешкото око. Така тяхната важност остава неразпозната. За колко хора е известен например фактът, че морският фитопланктон работи наравно с важните (защото ги виждаме) дървета за осигуряването на кислорода във въздуха, който дишаме? Изследванията на различни учени показват, че поне половината от кислорода на планетата идва само от мъниците в океана, които при фотосинтезата неуморно  преработват въоглеродния диоксид и за собствената си, и за наша полза. В същото време  те служат за храна на различни животинки. По този начин те пак участват в живота на океана и на цялата планета. А успелите да достигнат до пределна възраст индивиди потъват на океанското дъно в покоя си, където се натрупват и бавно се трансформират в залежи от горива, които ние ползваме ежедневно.

Вижте повече за планктона, включително за фитопланктона, и във видеото тук:

Разбира се, мъниците от фитопланктона не са перфектни. Понякога те могат се размножат в големи количества  и да се развият масово в моретата и океаните. При това те оцветяват морската вода в различен тон. Явлението е известно като цъфтеж на водата и има различни ефекти и последици.

Разбери повече за БГ Наука:

***

През последните седмици бяхме свидетели на необичайно красив, тюркоазен цвят на Черно море (виж още тук: Тюркоазените завъртулки на Черно море). Причината е масово развитие на един вид мъничко водорасло, което е обикновен морски жител – част от морския фитопланктон. Мъникът представлява едноклетъчен организъм с размер от едва няколко микрометра. Иначе казано, може да вместите около 30 000 такива мъника плътно един до друг в квадратче с площ от 1 кв. мм. Независимо от малките си размери, той носи голямо и достойно име: Emiliania huxleyi. Учените са го именували на Чезаре Емилиани – основател на палеоокеанографията, и на Томас Хенри Хъксли, по-известен с прозвището „булдогът на Дарвин”.  И това не е случайно.

Видът

Emiliania huxleyi e много широко разпространен вид морско планктонно водорасло във всички морета и океани, с изключение на некомфортните за него студени полярни морета. Живее при температури на водата до 30^оC и се развива масово както в бедни, така и в богати на азот и фосфор води.  Широкото му разпространение по света и високата му устойчивост са свързани вероятно и с начина му на съществуване. Emiliania huxleyi живее под (поне) две, взаимно редуващи се жизнени форми:  едната е не дотам атрактивна (за нас), активно плуваща с флагелуми клетка в морските води. Другата е изключително красива закръглена клетка, покрита отгоре с множество калцифицирани люспици. Миниатюрният организъм сам си образува още по-миниатюрните люспици от калциев карбонат и после ги експортира на повърхността си, за да се покрие с тях като с щит. Калцифицираните люспици се наричат коколити. Оттук идва и името на групата водорасли, към които Еmiliania huxleyi  и сродните на него принадлежат – коколитофориди, или в буквален превод: носещи коколити.

Коколитите са специфични за различните коколитофориди. При Emiliania huxleyi те наподобяват на плоски макари, чиито елиптични дискове са изградени от отделни, радиално разположени по периферията колонки с форма на латинската буква ‘I’. Първият учен, който открива коколитите в морски седименти, е Томас Хенри Хъксли, но цялата им красота става достояние на хората едва след появата на сканиращия електронен микроскоп през 20^-ти век.

Причините за формирането на коколити са все още загадка за учените. Но точно когато клетката е покрита със своя щит от коколити,  Emiliania huxleyi има способността да се размножи многократно над нормалните си количества за фитопланктона на моретата и океаните и да причини цъфтеж на водата.

Цъфтежите на Emiliania huxleyi и техните ефекти

В цъфтящите морски води видът има значителен превес над останалите морски видове от

фитопланктона: 75 до 90% от състава му е Emiliania huxleyi. Броят на индивидите на Emiliania huxleyi в 1 литър морска вода може да достигне стотици хиляди, а най-голямата измерена концентрация е при цъфтеж край норвежките фиорди през 1955 г. – 115 милиона клетки на литър! Площта на засегната част от океана силно варира, но според натрупаните данни може да достигне и 8 млн. кв. км. – или малко над половината от площта на континента Антарктида.

В някои случай клетките си образуват и коколити в излишък, които при цъфтежите се отделят във водата. Реално, коколитите са микроскопични частици калциев карбонат, които във водата действат като милиарди дребни огледалца и разпръскват светлината, попаднала върху моретата и океаните. Светлината се отразява в по-голяма степен и по различен начин от обичайното. В резултат на това се променя и цветът на морето, който ние виждаме.

Необичайният тюркоазен цвят на моретата и океаните най-лесно се забелязва от Космоса. Всъщност, първите данни за наличие на цъфтеж, причинен от Emiliania huxleyi, идват точно от сателитни наблюдения. Последните дават възможност да се види и площта, която е обхваната и да се проследи развитието на цъфтежа.

Emiliania huxleyi и цъфтежите, причинени от вида, имат потенциал да влияят върху климата на цялата планета като повлияват циклите на въглерода и на сярата. Както много водорасли от морския фитопланктон, така и Emiliania huxleyi продуцира диметилсулфид-пропионат (DMSP), който е прекурсор на диметилсулфид (DMS). Последният е компонент на познатата ни „миризма на море”. Диметилсулфидът се отделя в атмосферата над моретата и океаните, където се свързва с кислорода до получаването на сулфатни аерозоли – това са малки капчици, служещи като облачни кондензационни ядра. От последните зависи и отразителната способност (албедо) на облаците, което оказва влияние и върху климата. Така учените са стигнали до заключението, че е възможна биологична регулация на климата чрез популациите на фитопланктона (върху които пък влияят и температурата, и слънчевата светлина) и неговата продукцията на DMS.

Emiliania huxleyi е сред най-големите производители на калциев карбонат – около 50% от глобалната океанска продукция на калциев карбонат се дължи на този вид, с добавка и от някои други родствени на него водорасли от морския фитопланктон. Мъртвите клетки с коколити потъват на океанското дъно и след години се превръщат в…тебешир (бел.: през кредния период са се развивали много коколитофориди, което е довело и до огромните залежи от креда). При продукцията на калциев карбонат се отделя и въглероден диоксид. Така Еmiliania huxleyi, освен че употребява въглеродния диоксид за фотосинтеза, служи и като източник на въглероден диоксид, влияе на обмяната на въглеродния диоксид между атмосферата и океана и е пряк участник в цикъла на въглерода на планетата.

Освен че увеличават албедото на водната повърхност, множеството коколити във водата я правят мътна и пречат и на проникването на слънчевата светлина (съответно и на топлина) в дълбочина на морето. Това влияе негативно върху други морски фотозинтезиращи организми. Постепенно се изчерпва и кислородът, което има негативен ефект и върху останалите морски обитатели. Дори онези, които се ползват от щастието да разполагат с обилно, макар и еднотипно меню под формата на Emiliania huxleyi, накрая се налага да търпят негативите на своя късмет.

В регулацията на цъфтежите, освен животинки от зоопланктона, които се хранят с водорасли, участват и…вируси. Краят на цъфтежите е белязан от масовото изчезване на носещата коколити жизнена форма на мъника. Клетките с коколити  се оказват възприемчиви към инфекция със специфични вируси, наречени коколитовируси. Те водят до лизис на инфектираните клетки с коколити. Стратегията на вида за запазването му е преминаване в другата му жизнена форма – на флагелатна клетка без коколити. Така Еmiliania huxleyi устоява на атаките на вирусите, тъй като подвижната фаза от жизнения цикъл на вида е недосегаема за тях. Учените са нарекли явлението „стратегия за бягство на чешърския котарак” (от „Алиса в страната на чудесата”).

Черно море

В дънните седименти на Черно море има генетични записи, удостоверяващи наличието на коколитовируси и техния гостоприемник Emiliania huxleyi преди 7000 години. От  съдържанието на калциев карбонат в седиментите може да се счита, че поне от 2000 години насам Emiliania huxleyi е един от важните видове за фитопланктона на Черно море. Цъфтежите на Emiliania huxleyi в Черно море следват сезонното развитие на фитопланктона и се появят обикновено през късната пролет – началото на лятото, а понякога и през есента. Най-обилните цъфтежи възникват в средата на май в източната част на Черно море. Цъфтежът достига своя максимум през юни, когато може да засегне дори и цялото Черно море, след което през първата половина на юли коколитите във водата постепенно намаляват.

Учените отдавна се опитват да разберат какво причинява масовото развитие на Emiliania huxleyi. Една от хипотезите е свързана с намаляването на количеството силикати във водата. Последните са жизнено важни за развитието на други, ювелирно изработени едноклетъчни организми от морския фитопланктон – кремъчните водорасли. Данните от фитопланктонните проби за последния половин век показват, че след 60^-те години на 20^-ти век в Черно море се наблюдава увеличаване на числеността на Emiliania huxleyi и смаляване на популациите на кремъчни водорасли, които по правило имат тенденция да доминират във фитопланктона на моретата и океаните. В същото време е регистрирано и над двойно намаляване на количеството силикати във водата, необходими за развитието на кремъчните водорасли. А причината е вероятно построяването на „Железни врата” на р. Дунав. Поради намаленият вток на силикати и по-малките им количества, кремъчните водорасли през пролетта бързо ги изчерпват, което лимитира и техния растеж по-нататък, но не и този на Emiliania huxleyi. Допълнително, развитието на зоопланктонни видове, които се хранят с тях, води до намаляване на числеността на кремъчните водорасли след пролетта.

Стратификацията на морето е друг фактор, който влияе върху възможността за масовото развитие на Еmiliania huxleyi.  В Черно море появата на цъфтежите на Emiliania huxleyi не е на случаен принцип, а е свързана и с комплексната циркулационна структура на басейна, съставена от циклонални (обратно на часовниковата стрелка в Северното полукълбо) и антициклонални вихри (по часовниковата стрелка в Северното полукълбо), обградени с пръстен от основно течение с циклонален характер.  Оказва се, че условията на циклоналните вихри са по-благоприятни за развитието на Emiliania huxleyi.

Каквито и да са причините за цъфтежа (а те със сигурност са повече от една), и въпреки че цъфтежите на Emiliania huxleyi  в Черно море са неколкократно по-слаби от тези в други райони на света, те имат своята роля за биохимията, екологията и климата на района. Присъствието на вида в целия басейн го прави важен регионален източник на калциев карбонат, както и на сяра (по изчисления до ~5700 тона) под формата на DMS, който северните ветрове транспортират към Източното Средиземноморие. А изводът е един: видими или невидими, малки или големи, всички имат своята важна роля за живота на планетата.

Основни източници (вкл. цитираната там литература): 

Beardall J. & Raven J.A. 2013. Calcification and ocean acidification: new insights from the coccolithophore Emiliania huxleyi. New Phytologist 199(1): 1-3. doi: 10.1111/nph.12297

Bratbak G., Wilson W. & Heldal M. 1996. Viral control of Emiliania huxleyi blooms?Journal of Marine Systems 9: 75-81.

Charlson R.J., Lovelock J.E., Andreae M.O. & Warren S.G. 1987.  Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate. Nature 326(6114): 655-661.

Cokacar T., Kubilay N. & Oguz T. 2001. Structure of Emiliania huxleyi blooms in the Black sea surface waters as detected by SeaWIFS imaginery. Geophysical research letters 28(24): 4607-4610.

Coolen M.J.L. 2011. 7000 years of Emiliania huxleyi viruses in the Black Sea. Science 333(6041): 451-452. doi: 10.1126/science.1200072

Frada М., Proberт I, Allen M.J., Wilson W.H. & de Vargas C. 2008. The “Cheshire Cat” escape strategy of the coccolithophore Emiliania huxleyi in response to viral infection. PNAS 105(41): 15944-15949. doi: 10.1073/pnas.0807707105

Oguz T. & Merico A. 2006. Factors controlling the summer Emiliania huxleyi bloom in the Black sea: a modeling study. Journal of Marine Systems 59: 173-188.

Rokitta S. 2012. Characterization of the life-cycle stages of the coccolithophore Emiliania huxleyi and their responses to Ocean Acidification. Dissertation. University of Bremen.

Tyrrell T. (accessed on July 7th 2017). Ehux – Emiliania huxleyi Home Page. http://www.soes.soton.ac.uk/staff/tt/

Тyrrell T. & Merico A. 1991. Emiliania huxleyi: bloom observations and the conditions that induce them. https://see.systemsbiology.net/wp-content/uploads/files/L5ATeacherResource-primarylit3_ConditionsforBlooms.pdf

Wolfe G.V. & Steinke M. 1996. Grazing-activated production of dimethyl sulphide (DMS) by two clones of Emiliania huxleyi. Limnology and Oceonography 41(6): 1151-1160.

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!