فیتوپلانکتون‌ها
فیتوپلانکتون‌ها نقش حیاتی در اکوسیستم‌های دریایی و چرخه‌های زیستی دارند. این ارگانیزم‌های میکروسکوپی قادر به تثبیت کربن دی‌اکسید و تولید اکسیژن هستند. در این مقاله از به بررسی جزئیات این موجودات مهم و تأثیرات آنها بر محیط زیست پرداخته شده است.
فیتوپلانکتون‌ها بخش اساسی اکوسیستم‌های آبی و اقیانوسی هستند و انرژی خود را از طریق فتوسنتز تأمین می‌کنند، مشابه آنچه که درختان و گیاهان بر روی خشکی انجام می‌دهند. این نام از کلمات یونانی φυτόν (phyton)، به معنی "گیاه"، و πλαγκτός (planktos)، به معنی "پرتاب‌شده" یا "پراکنده"، گرفته شده است.
فیتوپلانکتون‌ها در لایه‌های سطحی آب‌ها، جایی که نور خورشید به خوبی نفوذ می‌کند، زندگی می‌کنند. این موجودات به سرعت به تغییرات آب و هوا پاسخ می‌دهند و در مقایسه با گیاهان خشکی، در سطح وسیع‌تری توزیع شده و دچار تغییرات فصلی کمتری هستند. این ویژگی‌ها به فیتوپلانکتون‌ها اجازه می‌دهد که در مقیاس جهانی تأثیرگذار باشند.
فیتوپلانکتون‌ها به عنوان پایه‌گذار زنجیره‌های غذایی دریایی و آب شیرین، نقشی کلیدی در چرخه جهانی کربن دارند. آنها مسئول حدود نیمی از فعالیت فتوسنتزی جهانی و نیمی از تولید اکسیژن هستند، در حالی که تنها حدود 1٪ از زیست توده گیاهی جهانی را تشکیل می‌دهند. تنوع این موجودات شامل دیاتوم‌ها، سیانوباکتری‌ها و دینوفلاژلات‌ها است، و برخی از آنها با رنگ‌های متفاوتی که از کلروفیل و رنگدانه‌های جانبی ناشی می‌شود، می‌توانند سطح آب را به صورت لکه‌های رنگی نمایان سازند.
تصاویرفیتوپلانکتون‌ها
فیتوپلانکتون‌ها انرژی خود را از طریق فتوسنتز تأمین می‌کنند و به همین دلیل باید در لایه سطحی روشن اقیانوس، دریا، دریاچه یا سایر اجسام آبی زندگی کنند. آنها تقریباً نیمی از کل فعالیت فتوسنتزی روی زمین را به عهده دارند و تثبیت انرژی تجمعی‌شان در ترکیبات کربن اساس بسیاری از زنجیره‌های غذایی دریایی و آب شیرین است.
بیشتر گونه‌های فیتوپلانکتون فتواتوتروف‌های اجباری هستند، اما برخی از آنها میکسوتروفیک یا هتروتروف هستند، مانند دینوفلاژلات‌ها که کربن آلی را از بلعیدن ارگانیسم‌های دیگر به دست می‌آورند.
فیتوپلانکتون‌ها در منطقه فوتیک اقیانوس زندگی می‌کنند، جایی که فتوسنتز امکان‌پذیر است. آنها دی‌اکسید کربن را جذب و اکسیژن آزاد می‌کنند. اگر تابش خورشیدی زیاد باشد، فیتوپلانکتون‌ها ممکن است دچار فتوتجزیه شوند. گونه‌های مختلف فیتوپلانکتون از رنگدانه‌های مختلفی برای جذب طول موج‌های متفاوت نور زیر آب استفاده می‌کنند.
رشد فیتوپلانکتون‌ها به مواد مغذی مانند نیترات، فسفات و اسید سیلیسیک وابسته است که از طریق رودخانه‌ها، هوازدگی قاره‌ای و آب شدن یخ‌های قطبی به اقیانوس‌ها وارد می‌شوند. فیتوپلانکتون‌ها همچنین کربن آلی محلول را آزاد می‌کنند و به عنوان طعمه برای زئوپلانکتون‌ها و لارو ماهی‌ها عمل می‌کنند. آنها ممکن است توسط باکتری‌ها یا لیز ویروسی تجزیه شوند و در نهایت با بقایای آلی کف دریا را بارور کنند.
فیتوپلانکتون‌ها به ویتامین‌های B نیز وابسته‌اند و مناطق کمبود ویتامین B در اقیانوس‌ها شناسایی شده‌اند که بر روی فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارد.
تغییرات اقلیمی مانند گرمایش جهانی و اسیدی شدن اقیانوس‌ها می‌تواند تأثیرات قابل توجهی بر روی فیتوپلانکتون‌ها داشته باشد. فیتوپلانکتون‌ها به عنوان پایه زنجیره غذایی آبزی، عملکرد اکولوژیکی ضروری را برای تمامی حیات آبزی فراهم می‌کنند. تغییرات در مرگ و میر فیتوپلانکتون‌ها به دلیل تغییرات در میزان چرا زئوپلانکتون‌ها می‌تواند قابل توجه باشد.
چرخه‌های نوسان جنوبی ال نینو (ENSO) نیز بر فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارد و تغییرات بیوشیمیایی و فیزیکی در طول این چرخه‌ها می‌تواند ساختار جامعه فیتوپلانکتون‌ها را تغییر دهد. مشاهدات رنگ اقیانوس ماهواره‌ای برای بررسی این تغییرات استفاده می‌شود.
فیتوپلانکتون‌ها و تغییرات اقلیمی
فیتوپلانکتون‌ها شامل انواع مختلفی از پروتیست‌ها و باکتری‌های میکروسکوپی فتوسنتزکننده هستند که در لایه‌های بالایی روشن آب‌های دریا و آب شیرین زندگی می‌کنند. این موجودات مشابه گیاهان خشکی، وظیفه تولید اولیه در محیط آبی را به عهده دارند و ترکیبات آلی را از دی‌اکسید کربن حل‌شده در آب تولید می‌کنند. فیتوپلانکتون‌ها به عنوان پایه‌گذار زنجیره غذایی آبزی و همچنین بازیکنان اصلی در چرخه کربن جهانی شناخته می‌شوند.
فیتوپلانکتون‌ها از تنوع زیادی برخوردارند و شامل گروه‌های مختلفی هستند:
سیانوباکتری‌ها: باکتری‌های فتوسنتزکننده‌ای که به صورت میکروسکوپی مشاهده می‌شوند.
دیاتوم‌ها: جلبک‌های میکروسکوپی که دارای پوسته‌های سیلیکاتی هستند.
دینوفلاژلات‌ها: جلبک‌های میکروسکوپی که می‌توانند در برخی شرایط نورافشانی کنند.
جلبک‌های سبز: جلبک‌های میکروسکوپی که به رنگ سبز و فتوسنتز کننده هستند.
کوکولیتوفورها: جلبک‌های زره‌پوشی که در لایه‌های سطحی آب‌ها یافت می‌شوند.
این گروه‌ها با هم، تنوع و عملکرد فیتوپلانکتون‌ها را در اکوسیستم‌های آبی مشخص می‌کنند و نقش مهمی در تولید اولیه و چرخه کربن ایفا می‌کنند.
فیتوپلانکتون‌ها در اقیانوس‌ها
فیتوپلانکتون‌ها انرژی خود را از طریق فتوسنتز تأمین می‌کنند و به همین دلیل باید در لایه سطحی روشن اقیانوس، دریا، دریاچه یا سایر اجسام آبی زندگی کنند. آنها تقریباً نیمی از کل فعالیت فتوسنتزی روی زمین را به عهده دارند و تثبیت انرژی تجمعی‌شان در ترکیبات کربن اساس بسیاری از زنجیره‌های غذایی دریایی و آب شیرین است.
بیشتر گونه‌های فیتوپلانکتون فتواتوتروف‌های اجباری هستند، اما برخی از آنها میکسوتروفیک یا هتروتروف هستند، مانند دینوفلاژلات‌ها که کربن آلی را از بلعیدن ارگانیسم‌های دیگر به دست می‌آورند.
فیتوپلانکتون‌ها در منطقه فوتیک اقیانوس زندگی می‌کنند، جایی که فتوسنتز امکان‌پذیر است. آنها دی‌اکسید کربن را جذب و اکسیژن آزاد می‌کنند. اگر تابش خورشیدی زیاد باشد، فیتوپلانکتون‌ها ممکن است دچار فتوتجزیه شوند. گونه‌های مختلف فیتوپلانکتون از رنگدانه‌های مختلفی برای جذب طول موج‌های متفاوت نور زیر آب استفاده می‌کنند.
رشد فیتوپلانکتون‌ها به مواد مغذی مانند نیترات، فسفات و اسید سیلیسیک وابسته است که از طریق رودخانه‌ها، هوازدگی قاره‌ای و آب شدن یخ‌های قطبی به اقیانوس‌ها وارد می‌شوند. فیتوپلانکتون‌ها همچنین کربن آلی محلول را آزاد می‌کنند و به عنوان طعمه برای زئوپلانکتون‌ها و لارو ماهی‌ها عمل می‌کنند. آنها ممکن است توسط باکتری‌ها یا لیز ویروسی تجزیه شوند و در نهایت با بقایای آلی کف دریا را بارور کنند.
فیتوپلانکتون‌ها به ویتامین‌های B نیز وابسته‌اند و مناطق کمبود ویتامین B در اقیانوس‌ها شناسایی شده‌اند که بر روی فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارد.
تغییرات اقلیمی مانند گرمایش جهانی و اسیدی شدن اقیانوس‌ها می‌تواند تأثیرات قابل توجهی بر روی فیتوپلانکتون‌ها داشته باشد. فیتوپلانکتون‌ها به عنوان پایه زنجیره غذایی آبزی، عملکرد اکولوژیکی ضروری را برای تمامی حیات آبزی فراهم می‌کنند. تغییرات در مرگ و میر فیتوپلانکتون‌ها به دلیل تغییرات در میزان چرا زئوپلانکتون‌ها می‌تواند قابل توجه باشد.
چرخه‌های نوسان جنوبی ال نینو (ENSO) نیز بر فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارد و تغییرات بیوشیمیایی و فیزیکی در طول این چرخه‌ها می‌تواند ساختار جامعه فیتوپلانکتون‌ها را تغییر دهد. مشاهدات رنگ اقیانوس ماهواره‌ای برای بررسی این تغییرات استفاده می‌شود.
وقتی دو جریان با هم برخورد می‌کنند (مانند جریان‌های Oyashio و Kuroshio)، گرداب‌هایی ایجاد می‌شود که فیتوپلانکتون‌ها در امتداد مرزهای این گرداب‌ها متمرکز شده و حرکت آب را دنبال می‌کنند.
اصطلاح "فیتوپلانکتون" شامل تمام میکروارگانیسم‌های فتوسنتزکننده در شبکه‌های غذایی آبزی است. برخلاف جوامع زمینی که در آن بیشتر اتوتروف‌ها گیاهان هستند، فیتوپلانکتون‌ها گروهی متنوع از یوکاریوت‌های پروتیستی و پروکاریوت‌های باکتریایی را شامل می‌شوند. حدود 5000 گونه فیتوپلانکتون دریایی شناخته شده است و چگونگی تکامل این تنوع با وجود منابع محدود، همچنان معماست.
گروه‌های اصلی فیتوپلانکتون شامل:
دیاتوم‌ها
سیانوباکتری‌ها
دینوفلاژلات‌ها
علاوه بر این، گروه‌های دیگری از جلبک‌ها نیز شناسایی شده‌اند. به عنوان مثال، کوکولیتوفوریدها مقادیر قابل توجهی دی متیل سولفید (DMS) به جو منتشر می‌کنند. DMS اکسید شده و سولفات تشکیل می‌دهد که می‌تواند به جمعیت هسته‌های تراکم ابر کمک کند، به ویژه در مناطقی که غلظت ذرات آئروسل محیطی کم است. این پدیده می‌تواند به افزایش پوشش ابر و بازتابندگی آن منجر شود طبق فرضیه CLAW.
فیتوپلانکتون‌ها از سطوح تغذیه‌ای مختلف در اکوسیستم‌های مختلف پشتیبانی می‌کنند. در مناطق اقیانوسی الیگوتروفیک مانند دریای سارگاسو یا چرخش جنوب اقیانوس آرام، فیتوپلانکتون‌ها عمدتاً شامل سلول‌های کوچک، به نام پیکوپلانکتون و نانوپلانکتون هستند که به طور عمده از سیانوباکتری‌ها (مانند پروکلروکوکوس و سینکوکوکوس) و پیکوکاریوت‌ها (مانند میکروموناس) تشکیل شده‌اند. در اکوسیستم‌های مولدتر که تحت تأثیر بالا آمدن یا ورودی‌های زمینی بالا هستند، دینوفلاژلات‌های بزرگ‌تر غالب بوده و بخش بزرگی از زیست‌توده را تشکیل می‌دهند.
در اوایل قرن بیستم، آلفرد سی ردفیلد شباهت ترکیب عنصری فیتوپلانکتون‌ها را با مواد مغذی محلول اصلی در اقیانوس‌های عمیق کشف کرد. ردفیلد پیشنهاد کرد که نسبت کربن به نیتروژن به فسفر (106:16:1) در اقیانوس به وسیله نیازهای فیتوپلانکتون‌ها کنترل می‌شود، زیرا فیتوپلانکتون‌ها در هنگام بازسازی نیتروژن و فسفر، این عناصر را آزاد می‌کنند. این نسبت به اصطلاح "نسبت ردفیلد" در توصیف استوکیومتری فیتوپلانکتون‌ها و آب دریا به یک اصل اساسی برای درک اکولوژی دریایی، بیوژئوشیمی و تکامل فیتوپلانکتون تبدیل شده است. با این حال، نسبت ردفیلد یک مقدار جهانی نیست و ممکن است به دلیل تغییرات در عرضه مواد مغذی برون‌زا و متابولیسم میکروبی در اقیانوس، مانند تثبیت نیتروژن، دنیتریفیکاسیون و آناموکس متفاوت باشد.
استوکیومتری پویا که در جلبک‌های تک‌سلولی مشاهده شده، نشان‌دهنده توانایی آنها در ذخیره مواد مغذی در یک استخر داخلی، جابه‌جایی بین آنزیم‌ها با نیازهای مختلف مواد مغذی و تغییر ترکیب اسمولیت‌ها است. اجزای سلولی مختلف ویژگی‌های استوکیومتری منحصر به فرد خود را دارند؛ برای مثال، ماشین‌آلات کسب منابع (نور یا مواد مغذی) مانند پروتئین‌ها و کلروفیل حاوی غلظت بالای نیتروژن اما فسفر کم هستند. در عین حال، ماشین‌آلات رشد مانند RNA ریبوزومی حاوی غلظت بالای نیتروژن و فسفر است.
بر اساس تخصیص منابع، فیتوپلانکتون‌ها به سه استراتژی رشد مختلف طبقه‌بندی می‌شوند:
فیتوپلانکتون‌های بقا دارای نسبت N
بالا (>30) هستند و مقدار زیادی ماشین‌آلات کسب منابع برای حفظ رشد در شرایط کمبود منابع دارند.
فیتوپلانکتون‌های شکوفا دارای نسبت N
پایین (<10) هستند، حاوی نسبت بالایی از ماشین‌آلات رشد هستند و برای رشد نمایی سازگارند.
فیتوپلانکتون‌های تعمیم‌دهنده دارای نسبت N
مشابه با نسبت ردفیلد هستند و ماشین‌آلات کسب و رشد منابع نسبتاً برابری دارند.
مطالعه NAAMES (North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study) که بین 2015 تا 2019 توسط دانشگاه ایالتی اورگان و ناسا انجام شد، بر روی دینامیک فیتوپلانکتون‌ها و تأثیر آنها بر آئروسل‌های جوی و اقلیم تمرکز داشت. این تحقیق در اقیانوس اطلس شمالی، یکی از مکان‌های بزرگ شکوفایی فیتوپلانکتون، انجام شد تا به درک نقش آئروسل‌های فیتوپلانکتون در بودجه انرژی زمین کمک کند. این مطالعه به بررسی مراحل مختلف چرخه سالانه فیتوپلانکتون‌ها، تأثیر آنها بر تشکیل ابرها و اقلیم، و تولید آئروسل‌ها پرداخت.
فیتوپلانکتون‌ها نقش کلیدی در پمپ بیولوژیکی و چرخه کربن دارند. عوامل محیطی نظیر دما، تابش، و غلظت‌های مواد مغذی بر فیزیولوژی و ترکیب فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارند و تغییرات اقلیمی می‌تواند جوامع فیتوپلانکتون را تغییر داده و بر شبکه‌های غذایی دریایی و انتقال کربن به اقیانوس تأثیر بگذارد. شبیه‌سازی‌های گرم شدن جهانی نشان می‌دهد که تغییرات در دما، لایه‌بندی اقیانوسی، جریان‌ها، و تأمین نور بر بهره‌وری فیتوپلانکتون‌ها تأثیر خواهد گذاشت.
فیتوپلانکتون‌ها در محیط‌های دریایی نقشی اساسی ایفا می‌کنند؛ از جمله تأثیر بر ترکیب گازهای جوی، مواد مغذی غیرآلی، و جریانات عناصر ردیاب، و همچنین چرخه‌سازی مواد آلی. آنها پایه‌گذار شبکه غذایی دریایی هستند و به حلقه میکروبی کمک می‌کنند. شکوفایی فیتوپلانکتون‌ها ممکن است منجر به شکوفایی جلبک‌های مضر شود.
فیتوپلانکتون‌ها در آبزی‌پروری و پرورش دریایی به عنوان غذای اصلی حیوانات پرورشی استفاده می‌شوند. در پرورش دریایی، فیتوپلانکتون به طور طبیعی وجود دارد، در حالی که در آبزی‌پروری باید به طور مستقیم به دست آمده و معرفی شود. شرایط پرورش شامل استریل‌سازی آب، استفاده از کودها، تهویه و تأمین نور مناسب برای رشد مؤثر فیتوپلانکتون‌ها است. تولید فیتوپلانکتون تحت شرایط مصنوعی با مقیاس‌های مختلف، از آزمایشگاهی تا تجاری، متغیر است و نیازمند شرایط خاصی برای رشد است.
فیتوپلانکتون‌ها مسئول نیمی از تثبیت کربن دی‌اکسید جهانی و تولید نیمی از اکسیژن زمین هستند، با این حال تنها 1 درصد از بیومس گیاهی جهانی را تشکیل می‌دهند. این موجودات بر خلاف گیاهان خشکی، در سطح وسیع‌تری توزیع شده و به سرعت به تغییرات اقلیمی پاسخ می‌دهند.
تغییرات اقلیمی بر تولید اولیه فیتوپلانکتون‌ها پیچیده است و تحت تأثیر عوامل مختلف از جمله دسترسی به مواد مغذی و شرایط محیطی قرار دارد. افزایش تابش خورشید، دما و ورودی‌های آب شیرین به کاهش انتقال مواد مغذی از آب‌های عمیق به سطح و در نتیجه کاهش تولید اولیه می‌انجامد. از سوی دیگر، افزایش دی‌اکسید کربن ممکن است تولید اولیه را افزایش دهد، اما تنها در صورت عدم محدودیت مواد مغذی.
در قرن گذشته، برخی مطالعات کاهش چگالی فیتوپلانکتون‌ها را گزارش کرده‌اند، اما به دلیل محدودیت داده‌ها و تفاوت‌های روش‌شناسی، این نتایج مورد تردید قرار گرفته است. در عوض، برخی تحقیقات افزایش تولید و تغییرات در مناطق خاص فیتوپلانکتون‌ها را پیشنهاد می‌کنند. کاهش یخ دریا ممکن است به نفوذ نور بیشتر و افزایش تولید اولیه منجر شود، با این حال پیش‌بینی‌های متضادی برای تأثیرات تغییرات الگوهای اختلاط و تأمین مواد مغذی وجود دارد.
اثر تغییرات اقلیمی ناشی از انسان بر تنوع زیستی فیتوپلانکتون‌ها هنوز به طور کامل درک نشده است. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهند که با ادامه انتشار گازهای گلخانه‌ای، تنوع گونه‌ها ممکن است افزایش یابد و مکان‌های فیتوپلانکتون‌ها به سمت قطب‌ها جابه‌جا شوند. این جابه‌جایی می‌تواند اکوسیستم‌ها را مختل کند و توانایی فیتوپلانکتون‌ها در ذخیره کربن منتشر شده را کاهش دهد. تغییرات انسان‌ساخت بر فرآیندهای طبیعی و اقتصادی مرتبط با فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارد.
فیتوپلانکتون‌ها چه نقشی در تولید اکسیژن و تثبیت کربن دارند؟
فیتوپلانکتون‌ها نیمی از تولید اکسیژن و تثبیت کربن دی‌اکسید جهانی را به عهده دارند، با این حال تنها حدود 1 درصد از بیومس گیاهی جهانی را تشکیل می‌دهند.
چگونه تغییرات اقلیمی بر تولید اولیه فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارد؟
تغییرات اقلیمی می‌تواند تأثیرات متفاوتی بر تولید اولیه فیتوپلانکتون‌ها داشته باشد. افزایش تابش خورشید و دما می‌تواند به کاهش انتقال مواد مغذی از آب‌های عمیق به سطح منجر شود و در نتیجه تولید اولیه را کاهش دهد. اما افزایش سطح دی‌اکسید کربن می‌تواند تولید اولیه را افزایش دهد، به شرطی که مواد مغذی محدود نباشند.
چه عواملی بر تنوع زیستی فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارند؟
تنوع زیستی فیتوپلانکتون‌ها تحت تأثیر تغییرات اقلیمی ناشی از انسان، از جمله گرمایش اقیانوس‌ها و جابه‌جایی فیتوپلانکتون‌ها به سمت قطب‌ها قرار دارد. این تغییرات می‌تواند به افزایش تنوع گونه‌ها و تغییر در مکان‌های توزیع آنها منجر شود.
چگونه تغییرات در یخ‌های قطبی بر تولید فیتوپلانکتون‌ها تأثیر می‌گذارد؟
کاهش یخ‌های قطبی می‌تواند به نفوذ نور بیشتر به آب‌های اقیانوس منجر شود و احتمالاً تولید اولیه فیتوپلانکتون‌ها را افزایش دهد. با این حال، اثرات متغیر الگوهای اختلاط و تغییرات در تأمین مواد مغذی نیز بر تولید تأثیرگذار است.
آیا فیتوپلانکتون‌ها در آبزی‌پروری و پرورش دریایی کاربرد دارند؟
بله، فیتوپلانکتون‌ها به عنوان منبع غذایی برای حیوانات پرورشی در آبزی‌پروری و پرورش دریایی استفاده می‌شوند. در آبزی‌پروری، فیتوپلانکتون باید به طور مستقیم تهیه و معرفی شود، در حالی که در پرورش دریایی، به طور طبیعی در محیط وجود دارد.
فیتوپلانکتون‌ها به عنوان اجزای کلیدی اکوسیستم‌های دریایی و چرخه‌های زیستی، تأثیرات قابل توجهی بر سلامت و پویایی محیط زیست اقیانوسی دارند. این میکروارگانیزم‌ها نه تنها در تثبیت کربن دی‌اکسید و تولید اکسیژن نقش دارند، بلکه تغییرات اقلیمی و فعالیت‌های انسانی می‌توانند به طور قابل توجهی بر پراکنش و تنوع آنها تأثیر بگذارند. با توجه به اهمیت آنها در زنجیره غذایی دریایی و تأثیرات گسترده‌ای که بر اقلیم جهانی دارند، ادامه تحقیقات و نظارت بر وضعیت فیتوپلانکتون‌ها برای درک بهتر تغییرات محیطی و پیش‌بینی اثرات آنها ضروری است. برای حفظ تعادل اکوسیستم‌های دریایی و جلوگیری از پیامدهای منفی تغییرات اقلیمی، باید تلاش‌های بیشتری برای مطالعه و محافظت از این موجودات کوچک اما حیاتی انجام شود.
گرد آوری:بخش علمی
در آیدت،
فایل‌های
خود را به فروش بگذارید و یا
مقالات‌تان
را منتشر کنید👋
پاسخ ها