Планктон — основа жизни на Земле: Как на него влияет изменение климата?

Недавние наблюдения показывают, что более половины океанов становятся зеленее, что может указывать на увеличение количества фитопланктона. У побережья Калифорнии сотни морских львов и дельфинов погибли или заболели из-за токсичного цветения водорослей, вызванного вредоносным планктоном. В Таиланде тысячи рыб погибли, задохнувшись из-за цветения планктона.

Планктон — это основа морских и пресноводных экосистем и ключевой элемент в круговороте газов в атмосфере Земли. Быстрые изменения климата влияют на воду и воздух, что сказывается и на планктоне, причём не всегда положительно.

Что такое планктон?

Название происходит от греческого слова «дрейфующий». Планктон — это организмы, дрейфующие в океане. Многие могут плавать, но не настолько сильно, чтобы противостоять течениям. Это не конкретная группа организмов, а множество разных существ, объединённых образом жизни. Они обитают в солёной и пресной воде, их размер — от микроскопического до видимых ракообразных или медуз.

Планктон делится на две группы:

Фитопланктон — растения.
Зоопланктон — животные.

Однако граница между растением и животным в мире планктона размыта. Одни получают питание за счёт фотосинтеза, другие — поедая организмы, третьи делают и то, и другое. Некоторые бактерии-планктон являются редуцентами.

Фитопланктон (например, цианобактерии, диатомеи, динофлагелляты) содержит хлорофилл и обитает у поверхности, нуждаясь в солнечном свете. Он использует солнечный свет и питательные вещества (фосфат, нитрат, кальций) для роста, поглощая CO₂ и выделяя кислород. На его долю приходится около 50% всего фотосинтеза на планете и, по оценкам, примерно половина всего кислорода Земли.

Зоопланктон (криль, копеподы, мелкие ракообразные, медузы) питается фитопланктоном и служит пищей для рыб и более крупных организмов.

Почему планктон важен?

Основа пищевой цепи. От него зависит здоровье и продуктивность всей морской жизни.
Ключевая роль в углеродном цикле. Отмирая, фитопланктон переносит поглощённый углерод на глубину океана, где он изолируется от атмосферы. Этот процесс, называемый биологическим насосом, делает океан крупнейшим поглотителем углерода на Земле.
- Океаны поглотили около 40% всего CO₂, выброшенного человеком с начала промышленной революции.
- Глобально биологический насос переносит 10 млрд метрических тонн углерода из атмосферы на глубину океана ежегодно.
Польза для человека. Фитопланктон — потенциально возобновляемый ресурс:
- Белковый источник для аквакультуры и кормов.
- Ферменты используются в фармацевтике и продуктах питания.
- Жиры — в косметике и БАДах.
- Может использоваться как удобрение.
- Органические соединения имеют потенциал для лечения болезней (Альцгеймер, рак, диабет и др.).
- Рассматривается как сырьё для биодизеля, но пока производство энергозатратно и имеет большой углеродный след.

Как изменение климата влияет на планктон?

Из-за огромного разнообразия планктона универсальной реакции на стресс от изменения климата нет.

Снижение продуктивности. Модели предсказывают, что потепление может изменить течения, сократив поступление питательных веществ с глубин, что приведёт к уменьшению количества фитопланктона и снижению способности океанов поглощать CO₂.
Изменение роли в углеродном цикле. Некоторые фитопланктоны-миксотрофы (получающие энергию как фотосинтезом, так и поедая другие организмы) при потеплении могут превратиться из поглотителей углерода в его источники, выделяя больше CO₂, чем поглощают.
Учащение и усиление цветений. Многочисленные факторы способствуют масштабным цветениям:
- Сток удобрений или сточных вод.
- Апвеллинг (подъём глубинных вод).
- Более тёплая вода.
- Медленное течение или стоячая вода.
- Низкая мутность воды.

Исследование, картировавшее прибрежные цветения водорослей с 2003 по 2020 год, показало, что их площадь увеличилась на 13%, а частота — на 59%.

Вредоносное цветение водорослей (ВЦВ)

Крупные цветения могут быть полезны, но ВЦВ токсичны или вредят экосистеме. Их частота, вероятно, растёт из-за лучшего наблюдения, увеличения концентрации питательных веществ и условий, создаваемых изменением климата:

Засуха, а затем экстремальные осадки увеличивают сток питательных веществ.
Засухи делают водоёмы теплее и застойнее.
Повышенный уровень CO₂ в атмосфере и воде стимулирует рост водорослей, особенно токсичных цианобактерий (сине-зелёных водорослей).
Повышение уровня моря делает прибрежную воду стабильнее и мельче.

Последствия ВЦВ:

В пресной воде часто вызваны цианобактериями, выделяющими токсины (неврологические, печёночные повреждения, раздражения кожи и дыхательных путей).
В солёной воде («красные приливы») вызываются динофлагеллятами и диатомеями. Например, Karenia brevis производит нейротоксин. За последние 50 лет красные приливы во Флориде участились в 15 раз.
«Золотые водоросли» (в океане и пресной воде) убивают рыбу, но не опасны для людей. В Техасе (2001–2010) они уничтожили более 34 млн рыб.
Мёртвые зоны. При разложении цветения расходуется кислород, что приводит к замору рыб. Крупнейшая мёртвая зона США в устье Миссисипи летом достигает 6500 кв. миль, нанося ущерб на $2.4 млрд ежегодно.

Изменение условий среды

«Когда вы меняете условия окружающей среды, вы определённо получите изменения [в планктоне]. Это изменение в основании пищевой сети будет reverberate через всю пищевую сеть», — говорит Эндрю Джул.

По мере потепления и закисления океанов виды планктона должны адаптироваться, мигрировать или вымереть.
Пример: В заливе Мэн за 20 лет фитопланктон стал на 65% менее продуктивным из-за потепления и осолонения.
Тропический планктон может мигрировать от экватора, что изменит экосистемы в более высоких широтах.
В Арктике таяние ледников увеличивает слой пресной воды, что ограничивает поступление питательных веществ. Исследования показывают, что миксотрофы, не зависящие только от фотосинтеза, могут процветать в таких условиях, потенциально вызывая токсичные цветения.

Переживёт ли планктон изменение климата?

«Большинство организмов, которых мы видим в планктоне, существуют очень давно и пережили множество циклов изменения климата... Они, вероятно, не исчезнут», — считает Джул. Однако для человечества эти изменения могут быть разрушительными.

«Планктону всё равно до нас, но нам должно быть не всё равно до него... Каждый раз, когда вы вдыхаете, одно из ваших лёгких наполняется кислородом из тропических лесов, а другое — кислородом, произведённым в океане фитопланктоном».

Как защититься от вредоносного цветения водорослей

Сверяйтесь с местными рекомендациями органов здравоохранения.
Знайте признаки: ярко-зелёная, сине-зелёная или красная вода; склизкие растения или плёнка на поверхности; неприятный запах.
Избегайте контакта с водой, если есть предупреждения.
Не пускайте в воду домашних животных.
Не занимайтесь рыбалкой, катанием на лодках и другими водными видами спорта в зонах цветения.
При контакте немедленно промойте кожу чистой водой.
В перчатках смойте воду с животных, контактировавших с заражённой водой.
Не мойте посуду или снаряжение в водоёмах.

Для помощи в мониторинге можно стать волонтёром Phytoplankton Monitoring Network (Национальное управление океанических и атмосферных исследований, NOAA).

2023-08-24