Что такое планктон: невидимые дрейферы океанской жизни

Планктон объединяет организмы, которые не способны активно противостоять течениям и дрейфуют в водных массах — от бактерий размером с вирус до прозрачных медуз с щупальцами длиной более метра. Это сообщество включает как одноклеточные водоросли, преобразующие солнечный свет в органическое вещество, так и ракообразных, личинок рыб и других потребителей, которые передают энергию дальше по пищевой цепи. Их присутствие определяет, будет ли вода чистой и богатой кислородом, или появятся вредные цветения, влияющие на рыболовство и здоровье людей.

Без планктона не существовало бы большинства морских рыб, китов и птиц, а атмосфера Земли потеряла бы значительную долю кислорода. Фитопланктон ежегодно фиксирует десятки миллиардов тонн углерода, часть которого опускается на дно океана и сохраняется там столетиями. Зоопланктон, в свою очередь, совершает крупнейшую суточную миграцию животных на планете — миллиарды особей поднимаются ночью к поверхности за пищей, а днем опускаются в темноту, избегая хищников.

Современные исследования показывают, что планктон реагирует на потепление по-разному в зависимости от региона: в Арктике продуктивность пока растет из-за уменьшения льда, тогда как в субтропических водах усиливается стратификация и дефицит питательных веществ. Эти изменения уже влияют на состав сообществ и могут усилить или ослабить способность океана поглощать углекислый газ.

Этимология и научное признание планктона

Термин «планктон» происходит от греческого слова πλανκτόν — «блуждающий» или «дрейфующий». Его ввел в 1887 году немецкий физиолог и морской биолог Виктор Гензен, сократив предыдущее понятие «гальопланктон». До этого ученые просто говорили о «мелких организмах в воде», не выделяя их в отдельную экологическую категорию. Гензен первым начал систематически ловить планктон специальными сетями во время экспедиций и доказал, что эти организмы составляют основу продуктивности океана.

Сегодня планктон изучают не только биологи, но и климатологи, химики и даже инженеры, которые ищут способы мониторить состояние водоемов с помощью спутников и автоматических сенсоров. Исследования Tara Oceans, продолжавшиеся более десятилетия, показали, что разнообразие планктона в океане значительно больше, чем считалось ранее, и многие виды еще не описаны.

Что именно делает организм планктоном

Ключевая особенность — невозможность противостоять течениям. Даже если животное имеет плавательные органы, но они слишком слабые, чтобы преодолевать горизонтальные потоки, оно остается планктоном. Так, некоторые медузы могут активно двигаться вертикально, но горизонтально их несет вода. В противовес нектону — рыбам, кальмарам и морским млекопитающим, способным преодолевать течения на значительные расстояния, — планктон пассивно переносится водными массами.

Планктонные организмы живут во всех типах водоемов: океанах, морях, озерах, реках, даже в подземных пещерах и трещинах морского льда. В пресных водах доминируют коловратки, ветвистоусые и веслоногие рачки. В морях — диатомеи, динофлагелляты, копеподы и сальпы. Есть также аэропланктон — бактерии и споры, которые ветер поднимает с поверхности океана и переносит на тысячи километров.

Основные типы планктона по способу питания

Фитопланктон — это микроскопические «растения» океана. Диатомеи строят кремниевые панцири с тончайшим орнаментом, кокколитофориды покрываются известковыми пластинками, а цианобактерии Prochlorococcus — самые мелкие фотосинтезирующие организмы Земли — часто доминируют в бедных питательными веществами тропических водах. Они поглощают углекислый газ и выделяют кислород, формируя основу почти всех морских пищевых сетей.

Зоопланктон — это потребители. Самые распространенные — веслоногие рачки (копеподы), которые составляют, вероятно, самую многочисленную группу животных на планете. Они поедают фитопланктон и сами становятся пищей для личинок рыб, медуз и китов. Криль (эвфазиды) в Южном океане образует биомассу, сопоставимую с массой всех людей на Земле вместе взятых. Личинки крабов, морских звезд и рыб — типичные представители меропланктона — проводят в толще воды лишь часть жизни, а затем оседают на дно или становятся нектоном.

Особую группу составляют миксопланктонные организмы, которые сочетают фотосинтез и хищничество. Многие динофлагелляты при благоприятных условиях «едят» бактерий или других планктеров, а при недостатке света переходят на гетеротрофное питание. Современные исследования показывают, что доля таких «двойственных» организмов в планктонных сообществах может превышать 50 % в отдельных регионах.

Классификация планктона по размерам

Размер — один из самых удобных способов упорядочить это разнообразие. Диапазоны измеряют по эквивалентному сферическому диаметру, а методы отбора проб зависят именно от категории.

Данные классификации по размеру согласованы с материалами энциклопедических источников и наблюдениями Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA).

Голопланктон и меропланктон: постоянные и временные дрейферы

Голопланктон проводит в толще воды всю жизнь. К нему относятся диатомеи, радиолярии, копеподы, сальпы и многие медузы. Меропланктон — это временные «гости»: икринки и личинки рыб, личинки крабов, морских ежей, полихет. После определенной стадии они либо оседают на дно (становятся бентосом), либо приобретают способность активно плавать (нектон). Такая стратегия позволяет видам использовать разные среды на разных этапах жизни и снижает конкуренцию между взрослыми и молодью.

Роль планктона в пищевой цепи и глобальных циклах

Фитопланктон — первичные продуценты. Зоопланктон преобразует эту энергию в белок и жир, доступный для более крупных организмов. Копеподы, криль и личинки рыб становятся основным кормом для сельди, анчоусов, сардин и многих других промысловых видов. Усатые киты отцеживают тонны криля за один прием. Когда планктонные сообщества нарушаются, цепная реакция достигает рыболовецких флотов и прибрежных общин.

Фитопланктон производит примерно половину всего кислорода на Земле. Один лишь вид цианобактерий Prochlorococcus дает до 20 % этого объема — больше, чем все тропические леса вместе взятые.

Еще важнее роль — биологический насос углерода. Фитопланктон поглощает CO₂ из атмосферы. Часть органического вещества в виде фекалий зоопланктона, отмерших клеток и «морского снега» опускается на глубину более 1000 м, где углерод может сохраняться столетиями или тысячелетиями. Нарушение этого механизма из-за потепления и подкисления океана уменьшает способность морей смягчать климатические изменения.

Удивительные явления: биолюминесценция, вертикальные миграции и цветения

Многие динофлагелляты и некоторые копеподы способны к биолюминесценции — химической реакции, в которой люциферин окисляется при участии фермента люциферазы. При механическом возмущении (волна, весло, тело рыбы) вода вспыхивает голубым или зеленым светом. Это может отпугивать хищников или, наоборот, привлекать их на «сигнал тревоги», который подает настоящий хищник. В некоторых заливах Черного моря и в других регионах мира ночные купания сопровождаются таким свечением.

Суточная вертикальная миграция зоопланктона — самое массовое перемещение животных на планете. Днем животные держатся на глубине 200–800 м, где темно и холодно. С наступлением сумерек миллионы особей поднимаются к поверхности за фитопланктоном. Утром процесс повторяется в обратном направлении. Этот цикл перемещает огромные массы углерода в глубокие слои и влияет на весь химический баланс океана.

«Цветение» планктона — массовое размножение фитопланктона — может быть полезным (весеннее цветение в умеренных широтах) или вредным. Некоторые виды динофлагеллят (Karenia brevis, Alexandrium) выделяют нейротоксины. Такие «красные приливы» (не всегда красного цвета) отравляют моллюсков, рыб и могут вызывать проблемы со здоровьем у людей, потребляющих зараженные морепродукты.

Планктон и изменение климата: современные вызовы и региональные различия

Потепление океанов усиливает вертикальную стратификацию: верхний слой становится теплее и менее плотным, а нижние слои — холоднее. Во многих субтропических регионах это уменьшает подъем питательных веществ из глубин. В результате продуктивность фитопланктона падает, а за ней — и численность зоопланктона. Некоторые модели прогнозируют сокращение общей биомассы планктона в низких и средних широтах к концу века.

В Арктике и Антарктике картина иная. Уменьшение ледового покрова открывает больше света, а в отдельных районах появляются дополнительные питательные вещества от стока рек и атмосферных осадков. Краткосрочно это может приводить к росту продуктивности. Однако долгосрочно пресная вода усиливает стратификацию, а подкисление усложняет жизнь организмам с известковыми или кремниевыми панцирями — кокколитофоридам и птероподам.

Изменение климата не просто уменьшает или увеличивает количество планктона — оно меняет состав сообществ. Более мелкие и быстрее размножающиеся виды часто выигрывают, тогда как крупные, богатые энергией формы (важные для китов и промысловых рыб) проигрывают. Это может ослабить эффективность биологического насоса углерода.

Исследователи фиксируют также сдвиг ареалов многих видов планктона к полюсам со скоростью около 30–35 км за десятилетие. Для рыболовецких угодий и прибрежных экосистем такие сдвиги означают появление новых видов и исчезновение привычных.

Планктон — это не фоновая мелочь океана. Это динамичная, чувствительная и чрезвычайно влиятельная система, от которой зависит кислород, климат, рыбные запасы и стабильность морских экосистем. Изменения, происходящие с ним сегодня, формируют то, каким будет океан через десятилетия и столетия. Понимание этих процессов — один из ключей к ответственному отношению к планете, на которой мы живем.