Środowisko

Światowy Dzień Oceanów: Życiodajny plankton

Jakie tajemnice skrywa morski plankton

Numer 8/2018
Bioluminescencja planktonu ­obserwowana u wybrzeży Malediwów. Bioluminescencja planktonu ­obserwowana u wybrzeży Malediwów. PawelG Photo / Shutterstock
Łyżeczka wody morskiej zawiera ponad milion mikroskopijnych stworzeń. Te biernie unoszące się w wodzie niepozorne organizmy odgrywają niebagatelną rolę w środowisku, umożliwiając rozwój życia na Ziemi. Dryfujący świat planktonu skrywa w sobie wiele tajemnic, które powoli wychodzą na jaw. /Z archiwum WiŻ/
Żaglowiec „Tara”. Dzięki ekspedycji lepiej poznano życie planktonu. yohann cordelle/Wikipedia Żaglowiec „Tara”. Dzięki ekspedycji lepiej poznano życie planktonu.
Euglena zielona (słodkowodny jednokomórkowiec) porusza się dzięki obecności wici.3d_man/Shutterstock Euglena zielona (słodkowodny jednokomórkowiec) porusza się dzięki obecności wici.
Jaja słodkowodnej rozwielitki (­dafni) dojrzewają w komorze lęgowej znajdującej się po stronie grzbietowej. Lebendkulturen.de/Shutterstock Jaja słodkowodnej rozwielitki (­dafni) dojrzewają w komorze lęgowej znajdującej się po stronie grzbietowej.

Skąd bierze się morska piana? Dlaczego oceaniczna woda nie zawsze jest przejrzysta i przyjmuje od czasu do czasu barwę brunatną, zieloną, a nawet fioletową? Skąd w rybach biorą się cenne kwasy omega-3 i dlaczego tuńczyk ma różowe mięso? I wreszcie dlaczego wody oceanów świecą? Mało kto się domyśla, że za to wszystko odpowiedzialna jest jedna z najliczniejszych na świecie i jednocześnie najmniej docenianych grup organizmów – plankton.

Określenie „plankton” wywodzi się z języka greckiego i oznacza „błąkający się”. Po raz pierwszy użył tej nazwy w 1887 r. niemiecki uczony Victor Hensen. Plankton tworzy bardzo zróżnicowana grupa organizmów, do której należą przedstawiciele wirusów, glonów, zwierząt, pierwotniaków i bakterii. Pomimo oczywistych różnic łączy je wodne środowisko życia – mogą to być morza, jeziora, oceany, stawy czy kałuże. Organizmy planktonowe istnieją na Ziemi od ok. 3,5 mld lat i odgrywają na niej niebagatelną rolę: produkują połowę obecnego w atmosferze tlenu, którym oddychamy, wpływają na pogodę i stanowią podstawowe ogniwo łańcucha pokarmowego w oceanach.

Ekspedycja „Tara”

Największy w historii projekt poznania organizmów planktonowych „Tara Oceans Expedition” trwał prawie cztery lata (2009–2013). W tym czasie naukowcy na pokładzie żaglowca przemierzali oceany, pokonując 140 tys. km i pobierając aż 35 tys. próbek z 210 miejsc. Dzięki temu udało się po raz pierwszy opisać niesamowitą bioróżnorodność wodnych maleńkich organizmów. Co ciekawe, badano nie tylko ich wygląd, ale również DNA. Przeanalizowano aż 40 mln genów, z których większość do tej pory pozostawała nieznana. Udało się wykazać, że próbki DNA pochodziły od ponad 30 tys. gatunków. Okazało się także, że interakcje między planktonem opierają się głównie na pasożytnictwie. Bakterie stanowią najliczniejszą grupę organizmów wchodzącą w jego skład, dlatego stają się ofiarą jego pozostałych elementów – wirusów. Wykorzystują one bakterie jako inkubator, w którym mogą się namnażać.

Otrzymane wyniki badań jednoznacznie potwierdziły, że głównym czynnikiem wpływającym na rozmieszczenie i skład planktonu jest temperatura wody. To niezmiernie istotny fakt w dobie postępującego ocieplenia klimatu. Jak stwierdzono, plankton zasiedlający wody u wybrzeży Australii wycofuje się w stronę bieguna południowego. Gatunki zimnolubne zastępowane są przez te preferujące wody ciepłe. Zjawisko to bardzo niepokoi ekologów, ponieważ skład, ilość i lokalizacja planktonu wpływają na to, jakie gatunki ryb, ssaków i żółwi zasiedlą dane morze. Niestety, ruch planktonu jest bardzo dynamiczny. W ciągu 30 lat przesunął się aż o 300 km! Plankton stanowi pierwsze ogniwo łańcucha pokarmowego w oceanach, dlatego zachwianie jego równowagi może mieć katastrofalne konsekwencje dla oceanicznych ekosystemów.

Tajemnica morskiej piany

Przyglądając się uważnie szklance morskiej wody, można stwierdzić, że nie jest ona nazbyt przejrzysta i znajduje się w niej wiele drobinek. Woda ta oprócz soli obfituje w białka, tłuszcze, plankton żywy oraz martwy, detergenty i inne zanieczyszczenia. Przy energicznym potrząsaniu szklanką można zaobserwować pojawianie się niewielkich bąbelków przy powierzchni wody. W podobny sposób powstaje morska piana. Jej olbrzymie połacie tworzą się, gdy występująca w wodach materia organiczna zostaje silnie wzburzona przez wiatr i fale. Największy wpływ na jej formowanie ma plankton, a konkretnie – wchodzące w jego skład glony. Zalicza się je do tzw. fitoplanktonu, który w oceanach pełni podobne funkcje jak rośliny na lądzie. Dzięki nim ocean jest nazywany drugim płucem planety. Fitoplankton pojawił się na Ziemi na długo przed nami, ok. 2,5 mld lat temu. Podobnie jak rośliny lądowe przeprowadza fotosyntezę, zamieniając energię słoneczną w substancje odżywcze. Produktem ubocznym tego procesu jest aż połowa tlenu, którym oddychamy. Jednocześnie glony eliminują z atmosfery olbrzymie ilości dwutlenku węgla – substratu niezbędnego w fotosyntezie.

Niestety, na skutek działalności człowieka ilość fitoplanktonu w oceanach spadła od 1950 r. aż o 40%. Choć tym organizmom dwutlenek węgla jest niezbędny, jego nadmiar podwyższa temperaturę powietrza i wody, a co za tym idzie – zamiast wspierać rozwój planktonu, powoli go zabija. Masowe spalanie paliw kopalnych, m.in. węgla i ropy, stanowi główny powód drastycznego wzrostu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Martwy fitoplankton wraz z przypływami trafia na wybrzeże, gdzie zostaje spieniony przez morskie fale. Targana siłami wiatru woda bogata w materię organiczną zamienia się w delikatną pianę.

Oceaniczna farba

Nocą u wybrzeży oceanu można co jakiś czas podziwiać „świecące” wody. To miliony mikroorganizmów planktonowych nadają wodzie wygląd gwieździstego nieba. Niebieska poświata rozświetlająca brzeg wydaje się czymś nadzwyczajnym. Jednak występowanie tego zjawiska da się łatwo uzasadnić. Odpowiada za nie tzw. bioluminescencja – czyli emisja światła przez organizmy – zachodząca dzięki wyspecjalizowanym reakcjom chemicznym. Polega ona na utlenianiu pigmentu zwanego lucyferyną przez specjalny enzym (lucyferazę). W wyniku tego procesu powstaje cząsteczka w stanie wzbudzonym, która – wracając do stanu podstawowego – emituje kwant światła.

Zdolność bioluminescencji wykazują np. wchodzące w skład planktonu glony i bakterie. W środowisku naturalnym służy im ona jako mechanizm obronny przed drapieżnikami. Bruzdnice, jednokomórkowe glony zaopatrzone w dwie wici wspomagające ruch, emitują światło w sytuacji zagrożenia mniej więcej przez sekundę, odstraszając napastnika. Taka sama sytuacja zachodzi, gdy ciało bruzdnic na skutek ruchów wody uderza w skorupiaki, ryby i morski piasek. Co ciekawe, bruzdnice odpowiadają też za niepokojący krwistoczerwony kolor wody. W sprzyjających warunkach rozmnażają się w niesamowitym tempie (zjawisko to fachowo określa się mianem zakwitu), powodując wystąpienie tzw. czerwonego przypływu. Niestety niektóre gatunki bruzdnic produkują szkodliwe substancje i taki zakwit powoduje masowe wymieranie ryb. Co więcej, toksyny te kumulują się w ciele ostryg i po zjedzeniu ich przez człowieka wywołują niewydolność układu oddechowego.

Z kolei bioluminescencja emitowana przez bakterie Vibrio harveyi została określona „mlecznym morzem” i może występować na powierzchni aż 16 tys. km2. Co ciekawe, mleczny blask mogą zaobserwować krążące nad Ziemią satelity. Jego głównym zadaniem jest zwabienie ryb, w których jelitach bakterie te pasożytują.

***

„Świadomy” ocean

Badanie interakcji i zależności pomiędzy gatunkami wchodzącymi w skład planktonu od zawsze nastręczało naukowcom problemu. Głównie przez to, że z jakichś powodów nie chcą się one rozwijać w warunkach laboratoryjnych. Dlatego naukowcy postanowili przyjrzeć się zwyczajom planktonu w jego naturalnym środowisku. W tym celu skonstruowali podwodne urządzenie pobierające próbki wody morskiej w czterogodzinnych odstępach. Co ważne, robot od razu „utrwalał” zebrany materiał, w którym znajdowało się około biliona mikrobów! Dzięki temu można było później zbadać ekspresję genów w konkretnym punkcie czasowym. Utrwalacz działał bowiem jak przycisk stop, zatrzymujący przebieg procesów biologicznych w maleńkich organizmach. Analizie poddano miliony sekwencji kodu genetycznego, aby sprawdzić, kiedy i jakie geny ulegają ekspresji. Na bazie otrzymanych wyników odtworzono dzienną rutynę planktonu. Najintensywniej przeprowadza on fotosyntezę w godzinach porannych. Wieczorem proces ten ustaje. Ponieważ zmiany w ekspresji genów są konsekwencją zmieniających się warunków środowiska, takich jak temperatura, dostępność światła i pokarmu, analiza tej ekspresji to w rzeczywistości zapis tego, co działo się w otaczającej je wodzie. Każdy jednokomórkowiec to naturalny mikroskopijny czujnik, precyzyjnie i szybko reagujący na zmiany otoczenia. Co więcej, odpowiedź wszystkich organizmów planktonowych jest zsynchronizowana. Działają one jako jeden olbrzymi twór, podobnie jak komórki budujące ludzkie ciało. Panują między nimi bardzo ścisłe zależności, dlatego zaburzenie choćby jednego ogniwa może mieć fatalne konsekwencje dla całego planktonu w danym środowisku.

***

Obcy w beczce

Różnorodność planktonu jest zadziwiająca. Znajdziemy tu organizmy przybierające zaskakujące formy i barwy. Niewielki skorupiak o nazwie Phronima sedentaria okazał się na tyle fascynujący, że stał się inspiracją dla twórców filmu „Obcy”, którzy przybyszom z kosmosu przypisali wiele jego cech. Posiada on charakterystyczne szczypce, którymi rozdziera ciała swoich ofiar (głównie osłonice), wydobywa ich wnętrzności, a pozostały szkielet wykorzystuje jako ochronną beczułkę do schowania się. Takie schronienie zwiększa szanse na bezpieczne odchowanie potomstwa.

***

Magazyn omega-3

Kwasy omega-3 to bardzo istotny element w diecie człowieka. Stanowią budulec błon komórkowych, oka i osłonek mielinowych komórek nerwowych. Szczególnie bogate w kwasy omega-3 są ryby takie jak łosoś, dorsz czy śledź. Pozostaje tylko pytanie, skąd kwasy te wzięły się w ciele akurat tych ryb. Otóż jednym ze składników ich diety jest fitoplankton, który produkuje kwasy omega-3. Co ciekawe, fitoplankton odpowiada też za czerwoną barwę mięsa łososia. Zjadane przez niego mikroorganizmy produkują tzw. karotenoidy (substancje te występują m.in. w marchwi), nadające mu charakterystyczny różowoczerwony kolor. Jednym z nich jest astaksantyna, rozpuszczalny w tłuszczach barwnik karotenoidowy, który należy do najsilniejszych znanych antyoksydantów. Można więc stwierdzić, że za walory zdrowotne ryb opowiada w dużej mierze zjadany przez nie plankton. Dlatego tym bardziej powinno się o niego dbać.

***

Mali oportuniści

W czeluściach wód różnego typu żyje grupa, która wymyka się typowym klasyfikacjom i nie można jej zaliczyć ani do zoo-, ani do fitoplanktonu. Organizmy te w zależności od warunków mogą podjąć decyzję, czy w danej chwili bardziej opłaca zachowywać się jak roślina, czy jak zwierzę. Żywą ofiarę potrafią połknąć w całości, wyssać jej wnętrzności, otruć lub sprawić, że wybuchnie. Co więcej, zdolne są do kradzieży części ich ciał i wykorzystywania ich na własny użytek. Organizmy te to tzw. miksotrofy. Ich sposób odżywiania też zależy od warunków środowiskowych, m.in. temperatury, światła i obecności związków organicznych. Mogą przeprowadzać fotosyntezę lub zjadać inne organizmy. Do tej grupy należą m.in. niektóre bruzdnice, bakterie z rodzaju Paracoccus i euglena zielona.

***

Plastik i plankton

Z dnia na dzień wody oceanów zmieniają się w wielkie wysypisko. Szacuje się, że znajduje się w nich aż 150 mln t plastikowych odpadów! Powstają z nich śmieciowe wyspy wielkości kontynentów. Dryfująca masa resztek stanowi olbrzymie zagrożenie dla organizmów morskich – co roku z jej powodu ginie ok. 100 tys. morskich gadów i ssaków. Gdy w analizach ująć także ptaki, ryby czy mięczaki, liczba ta wzrasta aż do miliona. Nieświadome zwierzęta połykają plastik, który uszkadza ich przewód pokarmowy. Bardzo groźny jest również tzw. mikroplastik, występujący w formie miniaturowych granulek i nici. Ze względu na jego niewielkie rozmiary połyka go także plankton. I tu pojawia się problem. Maleńkie stworzenie ginie, ponieważ nie może pobierać pokarmu.

Ogonice to zwierzęta morskie (zooplankton), których długość (bezbarwnego) ciała waha się od kilku do kilkudziesięciu milimetrów. Ich komórki gruczołowe wydzielają warstwę śluzu służącą do budowy ochronnego „domku” w formie płaszcza. W owym „domku” znajduje się również sieć, która filtruje wodę, dostarczając ogonicom pokarmu. Co godzinę pojedyncza ogonica oczyszcza aż 42 l wody, podczas gdy cała ich populacja potrafi przefiltrować przez godzinę ilość wody wypełniającą 500 olimpijskich basenów! Niestety, do „domku” ogonic trafia nie tylko pokarm, ale i plastik. Połknięty mikroplastik zostaje wydalony przez zwierzę i opada na dno oceanu. Tam zjadają go mniejsze skorupiaki, które potem zostaną zjedzone przez ryby. Tymi z kolei żywią się morskie ssaki. W ten sposób plastik wędruje pomiędzy poziomami troficznymi w oceanie, przyczyniając się do śmierci wielu organizmów.

***

Zamiast myszy

Rozwielitka pchłowata to niewielki planktonowy organizm o owalnym kształcie. Jej nazwa pochodzi od charakterystycznego sposobu poruszania się. Podobnie jak pchły przemieszcza się ona skokami, a wykorzystuje do tego długie czułki. Rozmnaża się w sposób określany mianem partenogenezy. Do zapłodnienia komórki jajowej samice nie potrzebują plemnika. Samice produkują jaja, z których rozwija się kolejne pokolenie samic (w komorze lęgowej usytuowanej po stronie grzbietowej). Od czasu do czasu z jaj wykluwają się samce i wówczas dochodzi do typowego rozmnażania płciowego. W jego wyniku powstają jaja zimowe (uwalniane do środowiska), z których wiosną rozwiną się kolejne osobniki. Co ciekawe, w odpowiedzi na ataki drapieżnika kolejne pokolenie wykształca mechanizmy obronne – dodatkowe struktury, jak ostre wypustki przypominające zęby oraz twardy pancerzyk otaczający głowę.

Oprócz nietypowego trybu życia rozwielitki mogą pochwalić się też interesującym materiałem genetycznym. Dzięki poznaniu sekwencji DNA tych niepozornych żyjątek okazało się, że można je wykorzystać do badań toksyczności związków chemicznych i ich wpływu na zdrowie ludzi. W genomie rozwielitki odnaleziono 30 tys. genów. Co ciekawe, obecność aż jednej trzeciej z nich nie została udokumentowana u żadnego innego organizmu. Dodatkowo w żadnym z badanych do tej pory organizmów wielokomórkowych nie odnotowano takiej liczby genów (człowiek ma ich ok. 23 tys.). Co więcej, DNA tego bezkręgowca najbardziej przypomina nasze. Dzięki nietypowym genom rozwielitki mogą żyć nawet w niesprzyjających warunkach zanieczyszczonych wód.

01.08.2018 Numer 8/2018

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną