Mali, ali važni: kako fitoplankton pomaže planeti

Plankton… sićušni organizmi koji lebde u vodi i na koje ne obraćamo puno pažnje osim kada more zasvijetli na mjesečini, imaju strašno važnu ulogu u ekosistemima mora. Njima se hrane veći organizmi, a fitoplankton – svi oni mikroskopski organizmi u moru koji imaju sposobnost fotosinteze – ugrađuju u sebe ugljični dioksid (CO2). Tako mora i oceani jednim dijelom upijaju ugljični dioksid iz atmosfere. Na taj način fitoplankton učestvuje i to prilično ozbiljno, u regulaciji biološke ugljikove pumpe.

Upravo ovo je interesantno naučnicima širom svijeta: bolje razumijevanje izvanredne sposobnosti mora oceana u ublažavanju posljedica globalnog zagrijavanja.

Istraživanje međudjelovanja zajednice fitoplanktona, proizvodnje i razgradnje lipida te nepovoljnih uslova okoliša, koje su provele istraživačice Instituta Ruđer Bošković (IRB) iz Laboratorija za biogeokemiju mora i atmosfere, u suradnji s kolegicama iz Centra za istraživanje mora u Rovinju, razjašnjavaju ulogu fitoplanktona u skladištenju ugljika te efikasnom uklanjanju ugljika iz atmosfere, što može imati značajan utjecaj na smanjenju globalnog zagrijavanja. Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Global Change Biology.

U prošlom vijeku ugljični dioksid je činio 300 ppm (dijelova na milion) u sastavu atmosfere. A sada iznosi 424 ppm. I povećava se i dalje. Posljedice toga osjećamo na svojoj koži: klima se mijenja, a zbog toga se i vrijeme mijenja, donosi vremenske ekstreme koji otežavaju život. Plankton upija ugljični dioksid, dio tog ugljičnog dioksida se penje kroz lance ishrane u druge organizme, ali dio pada na dno mora i oceana. Taj se ugljični dioksid, u obliku organskih jedinjenja u koja je pretvoren u procesu fotosinteze, dugo vremena neće uključiti u ciklus kolanja. To znači da ga je manje u atmosferi, prosto je “sklonjen”. U cijelom tom procesu upijanja ugljičnog dioksida, naučnici su otkrili kako je nanofitoplankton naročito dobar u tome i to zbog specifičnosti lipida koje proizvodi a koji se teže razgrađuju.

“Ono što smo mi zaključili u svom radu je da nanofitoplankton pretvara CO₂ u molekule lipida koje imaju veći potencijal za uklanjanje ugljika u dubine oceana u odnosu na mikrofitoplankton. Razlika je u kemijskom sastavu lipida. Nanofitoplankton sintetizira lipide koji su teže razgradivi, bez obzira da li se radi o biotskoj (bakterije, enzimi) ili abiotskoj (fotokemija) razgradnji. S obzirom da su ti lipidi stabilniji, tijekom tonjenja čestica, kojih su lipidi dio, oni se slabije razgrađuju te mogu potonuti na dno oceanskih dubina. To znači da je ugljik (originalno potekao iz atmosferskog CO₂) uklonjen iz atmosfere za najmanje 1000 godina. Naime toliko vremena treba da se voda s dna glavnom cirkulacijom oceana vrati na površinu ili čak na milijune godina ako se diagenetičkim procesima prevede u naftu“, objasnila je za Nauka govori dr. Blaženka Gašparović, dopisna autorica na radu i voditeljica Laboratorija za biogeokemiju mora i atmosfere na IRB-u.

 

Lipidi su molekule masti koje imaju različite uloge u živim organizmima. Oni ne samo što daju energiju, nego učestvuju i u građi staničnih membrana. kako vanjske, tao i membrana organela unutar stanica. Neki lipidi su i signalne molekule.

“Lipidi također imaju važnu ulogu u odgovoru stanice na promjene u okolišu, uključujući promjene temperature, promjene saliniteta, količine svjetla, količine hranjivih soli, zakiseljavanje – koji su nažalost svi direktna ili indirektna posljedica globalnog zatopljenja” kazala je dr. Gašparović, dodavši: “Lipidi su manje zastupljeni u stanicama fitoplanktona od drugih glavnih biomolekula (proteini i ugljikohidrati), no naša saznanja ukazuju na to da su teže razgradivi“.

Lipidi su i bogatiji ugljikom. Lipidi prosječno imaju u svojoj molekuli 70% ugljika dok proteini i šećeri imaju 40-45 %.

Kod fitoplantona, ove molekule imaju još jednu ulogu – pomažu ovim organizmima da lebde u vodi.

“Fitoplankton održava plovnost na više mogućih načina. Uz morfološke prilagodbe koje uključuju sete i dlačice, fitoplankton formira vakuole plina, no također i nakuplja lipide s istim ciljem“, dodala je dr. Gašparović.

Što se tiče uloge lipida kod fitoplanktona, treba imati na umu da osim svega navedenog, količina i vrsta lipida u fitoplanktonu je ključna za zdravlje i funkciju cijelog hranidbenog lanca u moru, i šire.

Plankton ima i svoju fikosferu, jedan zanimljiv prostor oko ovih organizama, jedan svijet za sebe.

“Fikosferu čine organska tvar izlučena od stanice fitoplanktona koju nastanjuju bakterije. Veličina fikosfere prvenstveno je određena veličinom stanica fitoplanktona. Veličina je također ovisna o količini i tipu organskih molekula koje stanica luči tijekom života i nakon odumiranja. Isto je ovisna o turbulenciji vode u kojoj živi fitoplankton. Veća stanica više luči organske tvari te ima veću fikosferu, i  veća fikosfera znači više organskog materijala koji je hrana za bakterije te time i  više bakterija“, dodala je dr. Gašparović.

Procjene godišnje primarne proizvodnje, odnosno proizvodnje organske tvari, iznose 15 Gt C/god−1 (32% ukupne) za mikrofitoplankton, 20 Gt C/god−1 (44%) za nanofitoplankton i 11 Gt C/god−1 (24%) za pikofitoplankton. (1)

20 Gt C/god je jednako 1.67 x 10¹⁵ mol CO₂ koji je apsorbiran u oceane kroz primarnu proizvodnju od nanofitoplanktona.

Nakon smrti stanica veći dio organske tvari se razgrađuje u površinskim dijelovima mora i oceana (CO₂ oslobađanje), dijelovima do kojih dopire sunčeva svjetlost, tzv. fotičkoj zoni  i to bilo abiotski ili biotski.

“Tonjenjem čestica dolazi do daljnje razgradnje i to biotski, jer se fotokemijska razgradnja odvija samo u fotičkom sloju, tj. do dubina do kojih dopire svjetlo. U dubine oceana slegne se približno 10 % organske tvari, dok se u sedimente trajno zakopa oko 1% organske tvari proizvedene primarnom produkcijom“, objasnila je dr. Blaženka Gašparović.

Različite komponente organske tvari se razgrađuju različitom brzinom, a to ovisi o nizu faktora. No najvažnija je labilnost i potreba organizama za određenim elementima kao što su dušik i fosfor. Dakle, organske molekule koje sadrže N i P će se prije razgraditi zbog potrebe planktona za N i P.

Uprkos tome što su mali i lagani, na dno padaju i kokolitoforidi, nanofitoplankton, jer imaju ljušturice od kalcijevog karbonata, CaCO₃. Upravo njihove ljušturice čine najveći dio poznatih Bijelih stijena Dovera, na jugoistoku Engleske u Grofoviji Kent. To su vapnenački klifovi koji su nastali u razdoblju krede.

“Dodatno, ljušturice kokolitoforida su posebno zanimljive jer se u njih inkorporira i ugljik. Ali najvažnija stvar je zapravo sama težina ljušturica, ona omogućuje brže tonjenje organske tvari kokolitoforida na dno oceana od recimo fitoplanktonskih organizama koji nemaju tešku ljušturicu“, dodaje dr. Gašparović.

Ovi organizmi ne upijaju slobodan ugljični dioksid iz atmosfere, nego CO2 otopljen u vodi. Tako zapravo i štite mora i oceane od zakiseljavanja. Više od 90 % CO₂ otopljenog u moru prelazi u bikarbonat (HCO₃^–). Fitoplankton koristi i CO₂ i HCO₃^–.

Ovo istraživanje je važno jer naučnicima pomaže razumjeti važnu ulogu sitnih organizama poput fitoplanktona u održavanju ravnoteže našeg planeta. Razumijevanje kako ovi organizmi funkcionišu može nam pomoći u razvoju strategija za zaštitu i očuvanje morskih ekosistema.

 

Referenca:

1. Uitz, J., H. Claustre, B. Gentili, and D. Stramski (2010), Phytoplankton class‐specific primary production in the world’s oceans: Seasonal and interannual variability from satellite observations, Global Biogeochem. Cycles, 24, GB3016, doi:10.1029/2009GB003680.)

Naslovna slika: fotografija kokolitoforida vrste Syracosphaera mediterranea/dr. Jelena Godrijan/IRB snimljena pretražnim elektronskim mikroskopom.  Uzorak u kojem je stanica snimljena uzet je iz sjevernog Jadranskog mora. 

Zahvaljujemo Institutu Ruđer Bošović na saradnji.