Планктон

Морской микро- и мезопланктон

Бокоплав

Планкто́н (греч. πλανκτόν — «блуждающий») — совокупность организмов, населяющих толщу воды континентальных и морских водоёмов и не способных противостоять переносу течениями. В состав планктона входят бактерии, водоросли, простейшие, а также ряд животных — ракообразные, кишечнополостные, моллюски, яйца и личинки рыб. Планктонные организмы являются фундаментальным звеном пищевых цепей в водных экосистемах и играют ключевую роль в глобальных биогеохимических циклах, в частности, в продуцировании кислорода и связывании углекислого газа.

Состав и классификация планктона

Планктон представляет собой экологически разнородную группу организмов, объединённых по признаку пассивного парения в водной толще. Классификация планктона осуществляется по нескольким основаниям: таксономическому составу, размерным характеристикам и продолжительности пребывания в качестве планктона.

По таксономическому составу и типу питания традиционно выделяют:

Фитопланктон — автотрофные организмы, преимущественно микроскопические водоросли и цианобактерии, осуществляющие фотосинтез. Фитопланктон является основным продуцентом органического вещества в водных экосистемах. Бактериопланктон — бактерии и археи, играющие ключевую роль в реминерализации органического вещества и круговороте биогенных элементов.

Зоопланктон — гетеротрофные организмы, включающие простейших (например, фораминифер, радиолярий) и многоклеточных животных (ракообразные, такие как копеподы и криль; кишечнополостные; крылоногие моллюски; яйца и личинки рыб). Зоопланктон потребляет фитопланктон и другую органику, выступая консументом первого и второго порядков.

По размерным характеристикам различают:

• Фемтопланктон (менее 0.2 мкм)
• Пикопланктон (0.2-2 мкм)
• Нанопланктон (2-20 мкм)
• Микропланктон (20-200 мкм)
• Мезопланктон (0.2-20 мм)
• Макропланктон (2-20 см)
• Мегалопланктон (свыше 20 см, например, крупные медузы)

По продолжительности пребывания в составе планктона:

• Голопланктон — организмы, проводящие в толще воды весь жизненный цикл (например, многие копеподы, веслоногие рачки).
• Меропланктон — организмы, лишь часть жизненного цикла (чаще всего личиночная стадия) проводящие в планктоне; к ним относятся личинки донных беспозвоночных, икра и личинки рыб.

Экологические особенности планктонных организмов

Важнейшей чертой планктонных организмов является их существование во взвешенном состоянии в толще воды, независимо от твёрдого субстрата как опорного элемента. Вся активная жизнь этих существ протекает в состоянии свободного плавания или парения. Только стадии покоя (например, покоящиеся споры водорослей или яйца ракообразных) могут опускаться на дно водоёма.

Питание, развитие и размножение планктонных организмов осуществляются в плавающем состоянии. Они находят пищу в толще воды в виде других планктонтов, взвешенных органических частиц или растворённых веществ. Размножение многих представителей планктона (простейших, водорослей, некоторых ракообразных) происходит путём деления или партеногенеза непосредственно в состоянии парения. Даже у организмов, размножающихся половым путём, развитие непокоющихся яиц часто протекает в толще воды, прикреплённых к телу родителя (у веслоногих ракообразных — Copepoda) или свободно плавающих.

Планктонные организмы демонстрируют разнообразные приспособления для увеличения плавучести: уменьшение удельного веса за счёт включения капель жира, газовых вакуолей, насыщенности водой, а также увеличение удельной поверхности тела за счёт выростов, уплощения формы или редукции скелетных элементов.

Прямой противоположностью планктона является бентос — совокупность организмов, обитающих на дне водоёмов и тесно связанных с твёрдым субстратом, служащим им опорой. Бентос подразделяется на сидячий (неподвижно прикреплённые формы, например, губки или мшанки) и бродячий (формы, ползающие по субстрату, например, многие моллюски, черви, ракообразные).

Роль в экосистемах и глобальных процессах

Планктон служит основой трофических сетей большинства водных экосистем. Фитопланктон, используя энергию солнечного света, синтезирует органическое вещество, являясь пищей для зоопланктона. Мелкие планктоноядные ракообразные и личинки, в свою очередь, потребляются более крупными организмами — рыбами, китообразными, головоногими моллюсками. Таким образом, планктон составляет кормовую базу для большинства промысловых пелагических рыб и кальмаров.

Фитопланктон вносит значительный вклад в глобальный кислородный баланс. По оценкам учёных, не менее 50 % кислорода, производимого на Земле, генерируется в океане, и основная доля этого производства приходится на фитопланктон. Кроме того, в процессе фотосинтеза планктонные водоросли поглощают углекислый газ, играя важную роль в регуляции климата.

Многие виды планктона служат индикаторами состояния водной среды, характеристик водных масс и течений. Например, распределение определённых видов каланид (Calanidae) позволяет отслеживать дислокацию водных масс.

Угрозы существованию планктонных сообществ

Современные антропогенные воздействия создают серьёзные угрозы для планктонных сообществ. Одной из ключевых проблем является закисление океана, вызванное ростом концентрации растворённого в морской воде углекислого газа. Более кислая среда может негативно влиять на организмы с кальциевыми скелетами или раковинами (например, на птеропод — крылоногих моллюсков), а также изменять темпы роста и видовой баланс в сообществах фитопланктона, что оказывает каскадное воздействие на всю трофическую цепь.

Повышение температуры воды вследствие изменения климата также оказывает комплексное влияние: оно может смещать ареалы видов, изменять сроки и интенсивность цветения водорослей и нарушать синхронность в пищевых цепях.

Загрязнение вод микропластиком представляет другую значительную опасность. Миллиарды частиц пластика размером менее пяти миллиметров распространены по всей толще океана. Микропластик может физически блокировать доступ солнечного света к фитопланктону, а при поглощении фильтраторами — вызывать механические повреждения пищеварительного тракта, ложное чувство насыщения и накапливаться в пищевых сетях.

Вредоносное цветение водорослей

При определённых условиях, часто связанных с эвтрофикацией водоёмов из-за поступления избытка биогенных элементов (азота, фосфора) со стоками удобрений, наблюдается неконтролируемое размножение некоторых видов фитопланктона, известное как «цветение». Отдельные виды водорослей в период цветения продуцируют токсины, опасные для морской фауны и человека. Такие явления получили название «вредоносное цветение водорослей» (ВЦВ).

Некоторые ВЦВ, в частности, так называемые «красные приливы», вызываемые динофлагеллятами, могут приводить к массовой гибели гидробионтов. Токсины накапливаются в организмах фильтраторов (мидиях, устрицах), вызывая отравления у потребителей. Кроме того, в процессе разложения огромной биомассы водорослей расходуется растворённый в воде кислород, что приводит к гипоксии и заморным явлениям среди донных и придонных организмов. Особо масштабные красные приливы, например, периодически возникающие у побережья Флориды в Мексиканском заливе, становятся причиной гибели множества видов, включая ламантинов, китовых акул и морских черепах.

Направления планктонных исследований

Изучение планктона имеет давнюю историю и прошло несколько этапов. Первоначально исследования носили фаунистический и флористический характер — описывались новые виды и устанавливалось их систематическое положение. С конца XIX века, с изобретением планктонной сети, начался этап количественных исследований, направленных на оценку биомассы и продуктивности планктонных сообществ. Третье направление, во многом экспериментальное, сфокусировано на изучении жизненных циклов, физиологии, поведения и продукционных характеристик планктеров.

В России планомерные исследования планктона Дальнего Востока были начаты в 1925 году в заливе Петра Великого в рамках работ Тихоокеанской опытной научной станции (ТОНС) под руководством Константина Дерюгина. Эти исследования были связаны с изучением подходов сардины-иваси. В последующие десятилетия работы расширялись, охватывая Японское, Охотское и Берингово моря, а также открытые воды Тихого океана.

Значительный вклад в изучение планктона дальневосточных морей внёс Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр (ТИНРО-центр). За более чем 80-летнюю историю исследований его сотрудниками накоплен обширный материал (около 15 тысяч планктонных станций), позволивший описать видовой состав, закономерности пространственного и вертикального распределения, сезонной и межгодовой динамики планктона. Были определены экологические характеристики и жизненные циклы массовых видов, выявлены виды-индикаторы, оценены запасы и продукция планктона в промысловых районах.

Важным методическим достижением стал разработанный в ТИНРО-центре принципиально новый метод экспресс-обработки проб с разделением на размерные фракции и расчётом биомассы с учётом дифференцированных коэффициентов уловистости планктонных сетей. Это позволило получить более реальные оценки количества планктона и его роли в трофических цепях.

Экосистемные исследования, проводимые институтом, выявили, что общее количество зоопланктона, на который замыкаются основные пищевые связи нектона в российских водах Дальнего Востока, составляет около 1300 млн тонн. Наиболее продуктивным является Берингово море, где годовая продукция зоопланктона в 1980-е годы оценивалась в 2125 млн тонн. Исследования также показали, что в пелагических экосистемах происходят перестройки, выражающиеся в изменении численности основных потребителей планктона (например, минтая и сардины-иваси), что, в свою очередь, влияет на структуру самого планктонного сообщества, приводя к кратковременному увеличению доли хищных форм.

Планктон, будучи основой жизни в океане, продолжает оставаться объектом интенсивных научных изысканий. Современные исследования направлены на углублённое изучение трофической структуры сообществ, роли микропланктона и бактерий, а также на совершенствование методов оценки его количества и продуктивности в условиях меняющегося климата.