Первичная продуктивность мирового океана

Содержание
  1. Первичная продуктивность Мирового океана
  2. Первичная продуктивность мирового океана
  3. Изменчивость и моделирование первичной продукции в Карском море
  4. Изменчивость первичной продукции в Черном море
  5. Использование флуоресцетного метода в биоокеанологии
  6. Методы определения и оценки первичной продукции
  7. Оценка первичной продукции в морских экосистемах
  8. Флуоресцентный метод изучения параметров первичной продуктивности
  9. Modelling Kara Sea phytoplankton primary production: Development and skill assessment of regional algorithms
  10. Моделирование первичной продукции Карского моря.
  11. Он-лайн представление параметров, определяющих первичную продуктивность Карского моря.
  12. Сезонная изменчивость первичной продукции фитопланктона Карского моря по спутниковым данным.
  13. Первичная морская продукция — Marine primary production
  14. СОДЕРЖАНИЕ
  15. Морские первичные производители
  16. Цианобактерии
  17. Биологические пигменты
  18. Хлоропласты
  19. Микробный родопсин
  20. Морские водоросли
  21. Группы водорослей
  22. Зеленые водоросли
  23. Красные водоросли
  24. Бурые водоросли
  25. Диатомеи
  26. Кокколитофориды
  27. Динофлагеллята
  28. Миксотрофные водоросли
  29. Другие группы
  30. По размеру
  31. Микроводоросли
  32. Макроводоросли
  33. Морские растения
  34. Мангровые заросли
  35. Морские травы
  36. Стехиометрия

Первичная продуктивность Мирового океана

Первичная продукция – скорость образования органического вещества в процессе фотосинтеза. Основная часть первичной продукции Мирового океана создается фитопланктоном. Существуют два аспекта изучения первичной продукции океанического фитопланктона – биогеохимический и экологический.

Биогеохимический аспект связан с выяснением причин изменчивости содержания углекислого газа в океане и атмосфере. Океан – важнейшее звено в глобальном балансе СО2. Общее количество СО2 в океане в 50 раз больше, чем в атмосфере. Даже небольшие изменения обменного потока углекислого газа между океаном и атмосферой могут существенно изменить концентрацию в ней СО2.

Экологический аспект связан с изучением закономерностей формирования первичной продукции и ее роли в функционировании морских экосистем. Оценка величины первичной продукции морей, океанических акваторий и Мирового океана в целом предполагает исследование закономерностей ее формирования, пространственно-временной изменчивости, физиологического состояния фитопланктонного сообщества, создание продукционных моделей, использование спутниковых данных, исследования переноса новообразованного в процессе фотосинтеза органического вещества по пищевым цепям от низших трофических уровней к его конечным потребителям.

Читайте также:  Моя джульетта океан эльзы перевод

Величина первичной продукции служит показателем биопродуктивности морских экосистем в целом.

Решением этих вопросов в Институте океанологии им П. П. Ширшова РАН занимается межлабораторная группа, имеющая большой опыт экспедиционных работ в различных районах Мирового океана.

Источник

Первичная продуктивность мирового океана

Демидов А.Б.
Первичная продукция океанического фитопланктона: изменчивость и глобальные оценки.
Соавторы: Мошаров С.А., Гагарин В.И.

Изменчивость и моделирование первичной продукции в Карском море

Демидов А. Б., Мошаров С. А.
Первичная продукция Карского моря: изменчивость и моделирование

Изменчивость первичной продукции в Черном море

А.Б.Демидов, В.И.Ведерников
Оценки первичной продукции Черного моря и ее сезонная изменчивость.

Использование флуоресцетного метода в биоокеанологии

С.А.Мошаров
Использование флуоресцентного метода в биоокеанологии.

Методы определения и оценки первичной продукции

С.А.Мошаров, А.Б.Демидов
Современные методы определения и оценки первичной продукции в морях и океанах.

Оценка первичной продукции в морских экосистемах

А.Б.Демидов, С.А.Мошаров
Оценка первичной продукции в морских экосистемах

Флуоресцентный метод изучения параметров первичной продуктивности

С.А.Мошаров
Флуоресцентный метод изучения распределения хлорофилла и процессов первичной продукции в водной среде.

Modelling Kara Sea phytoplankton primary production: Development and skill assessment of regional algorithms

Andrey B. Demidov, Oleg V. Kopelevich, Sergey A. Mosharov,
Sergey V. Sheberstov, Svetlana V. Vazyulya
Modelling Kara Sea phytoplankton primary production: Development and skill assessment of regional algorithms

Моделирование первичной продукции Карского моря.

Демидов А.Б.
Моделирование первичной продукции Карского моря.

Он-лайн представление параметров, определяющих первичную продуктивность Карского моря.

Мошаров С.А., Демидов А.Б., Метальников А.А., Шеберстов С.В.
Он-лайн представление параметров, определяющих первичную продуктивность Карского моря.

Сезонная изменчивость первичной продукции фитопланктона Карского моря по спутниковым данным.

А.Б.Демидов, С.В.Шеберстов, В.И.Гагарин, П.В.Хлебопашев
Сезонная изменчивость первичной продукции фитопланктона Карского моря по спутниковым данным.

Источник

Первичная морская продукция — Marine primary production

Первичное производство в море — это химический синтез в океане органических соединений из атмосферного или растворенного углекислого газа . В основном это происходит в процессе фотосинтеза , в котором в качестве источника энергии используется свет, но также в процессе хемосинтеза , который использует окисление или восстановление неорганических химических соединений в качестве источника энергии. Почти вся жизнь на Земле прямо или косвенно зависит от первичного производства . Организмы, ответственные за первичную продукцию, называются первичными продуцентами или автотрофами .

Большая часть первичной морской продукции производится разнообразным набором морских микроорганизмов, называемых водорослями и цианобактериями . Вместе они образуют основных первичных производителей в основе пищевой цепи океана и производят половину мирового кислорода. Морские первичные продуценты поддерживают почти все виды морских животных, производя почти весь кислород и пищу, которые необходимы морским животным. Некоторые морские первичные производители также являются инженерами экосистем, которые изменяют окружающую среду и обеспечивают среду обитания для других морских обитателей.

Первичное производство в океане можно сравнить с первичным производством на суше. В глобальном масштабе и океан, и суша производят примерно одинаковое количество первичной продукции, но в океане первичная продукция происходит в основном за счет цианобактерий и водорослей, а на суше — за счет сосудистых растений .

Морские водоросли включают в себя в основном невидимые и часто одноклеточные микроводоросли , которые вместе с цианобактериями образуют фитопланктон океана , а также более крупные, более заметные и сложные многоклеточные макроводоросли, обычно называемые водорослями . Водоросли встречаются в прибрежных районах, обитают на дне континентальных шельфов и вымываются в приливных зонах . Некоторые водоросли плывут вместе с планктоном в освещенных солнцем поверхностных водах ( эпипелагиали ) открытого океана.

Еще в силурийский период часть фитопланктона превратилась в красные , коричневые и зеленые водоросли . Затем эти водоросли вторглись на сушу и начали превращаться в наземные растения, которые мы знаем сегодня. Позже в меловом периоде некоторые из этих наземных растений вернулись в море в виде мангровых зарослей и морских трав . Они встречаются вдоль побережья в приливных районах и в солоноватой воде эстуариев . Кроме того, некоторые виды морских водорослей, например водоросли, можно найти на глубине до 50 метров как на мягком, так и на твердом дне континентального шельфа.

СОДЕРЖАНИЕ

Морские первичные производители

Часть серии обзоров по
морская жизнь
  • Морские места обитания
  • Морские микроорганизмы
  • Морские микробиомы
  • Морские вирусы
  • Морские прокариоты
  • Морские протисты
  • Морские грибы
  • Морские беспозвоночные
  • Морские позвоночные
  • Морское первичное производство
  • Морская пищевая сеть
  • Морской угольный насос
  • Морские биогеохимические циклы
  • Влияние человека на морскую жизнь
  • Сохранение морской среды
Портал морской жизни
  • Общий углерод (TC)
  • Общий органический углерод (TOC)
  • Общий неорганический углерод (TIC)
  • Растворенный органический углерод (DOC)
  • Растворенный неорганический углерод (DIC)
  • Твердый органический углерод (POC)
  • Частичный неорганический углерод (PIC)

Первичные продуценты — это автотрофные организмы, которые сами производят пищу вместо того, чтобы поедать другие организмы. Это означает, что первичные продуценты становятся отправной точкой в пищевой цепочке для гетеротрофных организмов, которые действительно поедают другие организмы. Некоторые морские первичные продуценты — это специализированные бактерии и археи, являющиеся хемотрофами , которые производят себе пищу, собираясь вокруг гидротермальных источников и холодных просачиваний и используя хемосинтез . Однако большая часть первичной продукции морской среды происходит от организмов, которые используют фотосинтез углекислого газа, растворенного в воде. В этом процессе энергия солнечного света используется для преобразования воды и углекислого газа в сахара, которые можно использовать как в качестве источника химической энергии, так и органических молекул, которые используются в структурных компонентах клеток. Морские первичные продуценты важны, потому что они поддерживают почти все виды морских животных, производя большую часть кислорода и пищи, которые обеспечивают другие организмы химической энергией, необходимой им для существования.

Основными морскими первичными продуцентами являются цианобактерии , водоросли и морские растения. Кислород выпущен в качестве побочного продукта фотосинтеза необходим почти все живые существа для осуществления клеточного дыхания . Кроме того, первичные производители влияют на глобальный круговорот углерода и воды . Они стабилизируют прибрежные районы и могут обеспечить среду обитания для морских животных. Термин « разделение » традиционно использовался вместо типа при обсуждении первичных продуцентов, хотя Международный кодекс номенклатуры водорослей, грибов и растений теперь принимает эти термины как эквивалентные.

В обратном порядке на суше, в океанах, почти весь фотосинтез осуществляется водорослями и цианобактериями, с небольшой долей, вносимой сосудистыми растениями и другими группами. Водоросли включают в себя широкий спектр организмов, от отдельных плавающих клеток до прикрепленных морских водорослей . В их число входят фотоавтотрофы из самых разных групп. Эубактерии являются важными фотосинтезаторами как в океанических, так и в наземных экосистемах, и, хотя некоторые археи являются фототрофными , известно, что ни одна из них не использует фотосинтез с выделением кислорода. Ряд эукариот вносят значительный вклад в первичную продукцию в океане, включая зеленые водоросли , бурые водоросли и красные водоросли , а также различные группы одноклеточных групп. Сосудистые растения также представлены в океане такими группами, как морские травы .

В отличие от наземных экосистем, большая часть первичной продукции в океане осуществляется свободноживущими микроскопическими организмами, называемыми фитопланктоном . Было подсчитано, что половина мирового кислорода производится фитопланктоном. Более крупные автотрофы, такие как морские травы и макроводоросли ( морские водоросли ), обычно ограничены литоральной зоной и прилегающими мелководьями, где они могут прикрепляться к нижележащему субстрату, но при этом оставаться в фотической зоне . Есть исключения, такие как Sargassum , но подавляющее большинство свободно плавающих продуктов происходит внутри микроскопических организмов.

Факторы, ограничивающие первичную продукцию в океане, также сильно отличаются от факторов на суше. Доступность воды, очевидно, не является проблемой (хотя ее соленость может быть проблемой ). Точно так же температура, хотя и влияет на скорость метаболизма (см. Вопрос 10 ), в океане колеблется в меньшей степени, чем на суше, потому что теплоемкость морской воды сдерживает температурные изменения, а образование морского льда изолирует ее при более низких температурах. Однако наличие света, источника энергии для фотосинтеза, и минеральных питательных веществ , строительных блоков для нового роста, играет решающую роль в регулировании первичной продукции в океане. Доступные модели земной системы предполагают, что текущие биогеохимические изменения океана могут вызвать сокращение океанских АЭС от 3% до 10% от текущих значений в зависимости от сценария выбросов.

В 2020 году исследователи сообщили, что измерения первичной продукции в Северном Ледовитом океане за последние два десятилетия показывают увеличение почти на 60% из-за более высоких концентраций фитопланктона . Они предполагают, что новые питательные вещества поступают из других океанов, и предполагают, что это означает, что Северный Ледовитый океан может поддерживать продукцию более высокого трофического уровня и дополнительную фиксацию углерода в будущем.

Цианобактерии

Цианобактерии представляют собой тип (подразделение) бактерий, от одноклеточных до нитчатых, включая колониальные виды , которые фиксируют неорганический углерод в соединениях органического углерода. Они встречаются почти повсюду на Земле: во влажной почве, в пресноводных и морских средах и даже на антарктических скалах. В частности, некоторые виды встречаются в виде дрейфующих клеток, плавающих в океане, и поэтому были одними из первых представителей фитопланктона . Эти бактерии действуют подобно водорослям, поскольку они могут перерабатывать азот из атмосферы, когда его нет в океане.

Первыми первичными продуцентами, использовавшими фотосинтез, были океанические цианобактерии около 2,3 миллиарда лет назад. Высвобождение молекулярного кислорода с помощью цианобактерий в качестве побочного продукта фотосинтеза индуцированных глобальных изменений в окружающей среде Земли. Поскольку в то время кислород был токсичен для большей части жизни на Земле, это привело к почти исчезновению организмов , не переносящих кислород , — драматическому изменению, которое перенаправило эволюцию основных видов животных и растений.

Крошечная морская цианобактерия Prochlorococcus , обнаруженная в 1986 году, сегодня является частью основы пищевой цепи океана и составляет более половины фотосинтеза открытого океана и, по оценкам, 20% кислорода в атмосфере Земли. Возможно, это самый многочисленный род на Земле: один миллилитр поверхностной морской воды может содержать 100 000 клеток и более.

Первоначально биологи считали цианобактерии водорослями и называли их «сине-зелеными водорослями». Более поздняя точка зрения состоит в том, что цианобактерии — это бактерии, и поэтому они даже не принадлежат к тому же царству, что и водоросли. Большинство авторитетных источников исключают всех прокариот и, следовательно, цианобактерии из определения водорослей.

Биологические пигменты

Биологические пигменты — это любой окрашенный материал в клетках растений или животных. Все биологические пигменты избирательно поглощают одни длины волн света, отражая другие. Основная функция пигментов в растениях — фотосинтез , при котором используется хлорофилл зеленого пигмента и несколько цветных пигментов, поглощающих как можно больше световой энергии. Хлорофилл — основной пигмент растений; это хлорин, который поглощает желтый и синий световые волны, отражая зеленый цвет . Именно присутствие и относительное обилие хлорофилла придает растениям зеленый цвет. Зеленые водоросли и растения обладают двумя формами этого пигмента: хлорофиллом а и хлорофиллом b . Водоросли , диатомовые водоросли и другие фотосинтетические гетероконты содержат хлорофилл c вместо b , в то время как красные водоросли содержат только хлорофилл a . Все хлорофиллы служат основными средствами, которые растения используют для улавливания света, чтобы стимулировать фотосинтез.

Хлоропласты

Хлоропласты (от греческого хлорос для зеленых и plastes для «тот , кто формирует») являются органеллами , что поведение фотосинтеза , где фотосинтезирующий пигмент хлорофилл захватывает энергию из солнечного света , преобразует его, и сохраняет его в молекулах хранения энергии, освобождая кислород из воды в клетках растений и водорослей . Затем они используют накопленную энергию для создания органических молекул из углекислого газа в процессе, известном как цикл Кальвина .

Хлоропласт — это тип органелл, известный как пластида , характеризующийся двумя мембранами и высокой концентрацией хлорофилла . Они очень динамичны — они циркулируют и перемещаются внутри растительных клеток и иногда сжимаются надвое для воспроизводства. На их поведение сильно влияют такие факторы окружающей среды, как цвет и интенсивность света. Хлоропласты, как и митохондрии , содержат собственную ДНК , которая, как считается, унаследована от их предка — фотосинтетической цианобактерии, которую поглотила ранняя эукариотическая клетка. Хлоропласты не могут быть произведены растительной клеткой и должны быть унаследованы каждой дочерней клеткой во время деления клетки.

Большинство хлоропластов, вероятно, можно проследить до одного эндосимбиотического события , когда цианобактерия была поглощена эукариотом. Несмотря на это, хлоропласты можно найти в чрезвычайно широком наборе организмов, некоторые из которых даже не связаны напрямую друг с другом — следствие многих вторичных и даже третичных эндосимбиотических событий .

Микробный родопсин

Фототрофный метаболизм зависит от одного из трех пигментов, преобразующих энергию: хлорофилла , бактериохлорофилла и сетчатки . Ретиналь — это хромофор, содержащийся в родопсинах . О значении хлорофилла в преобразовании световой энергии писали на протяжении десятилетий, но фототрофия на основе пигментов сетчатки только начинает изучаться.

В 2000 году группа микробиологов под руководством Эдварда Делонга сделала важное открытие в понимании морских углеродных и энергетических циклов. Они обнаружили ген у нескольких видов бактерий, ответственных за выработку протеина родопсина , ранее невиданного для бактерий. Эти белки, обнаруженные в клеточных мембранах, способны преобразовывать световую энергию в биохимическую энергию из-за изменения конфигурации молекулы родопсина, когда на нее попадает солнечный свет, вызывая перекачку протона изнутри наружу и последующий приток, который генерирует энергию. Родопсины, подобные архейам, впоследствии были обнаружены среди различных таксонов, протистов, а также у бактерий и архей, хотя они редко встречаются в сложных многоклеточных организмах .

Исследования 2019 года показывают, что эти «захватывающие солнце бактерии» более распространены, чем считалось ранее, и могут изменить то, как глобальное потепление влияет на океаны. «Эти данные расходятся с традиционной интерпретацией морской экологии, содержащейся в учебниках, согласно которой почти весь солнечный свет в океане улавливается хлорофиллом водорослей. Вместо этого бактерии, оснащенные родопсином, функционируют как гибридные автомобили, питаясь органическими веществами, когда они доступны — как большинство бактерий — и от солнечного света, когда питательных веществ не хватает «.

Существует астробиологическая гипотеза, называемая гипотезой Пурпурной Земли, которая предполагает, что первоначальные формы жизни на Земле были основаны на сетчатке, а не на хлорофилле, из-за чего Земля выглядела бы пурпурной, а не зеленой.

Морские водоросли

Водоросли — это неформальный термин для широко распространенной и разнообразной коллекции фотосинтезирующих эукариотических организмов, которые не обязательно тесно связаны между собой и, следовательно, являются полифилетическими . В отличие от высших растений, у водорослей отсутствуют корни, стебли или листья.

Группы водорослей

Зеленые водоросли

Зеленые водоросли живут большую часть своей жизни в виде отдельных клеток или нитчатых, в то время как другие образуют колонии, состоящие из длинных цепочек клеток, или представляют собой высокодифференцированные макроскопические водоросли. Они образуют неформальную группу, насчитывающую около 8000 признанных видов.

Красные водоросли

Современные красные водоросли в основном многоклеточные с дифференцированными клетками и включают множество известных морских водорослей . Как коралловые водоросли , они играют важную роль в экологии коралловых рифов. Они образуют (оспариваемый) тип, содержащий около 7000 признанных видов.

Колония Cyanidiophyceae , класс одноклеточных красных водорослей

Бурые водоросли

Бурые водоросли в основном многоклеточные и включают множество водорослей, в том числе ламинарию . Они образуют класс, содержащий около 2000 признанных видов.

Диатомеи

В целом около 45 процентов первичной продукции Мирового океана приходится на диатомовые водоросли .

Диатомовые водоросли — один из самых распространенных видов фитопланктона.

Это основная группа водорослей, производящая около 20% мирового производства кислорода.

У диатомовых водорослей есть стеклянные клеточные стенки, называемые панцирями, которые состоят из кремнезема .

Диатомовые водоросли, связанные в колониальную цепочку

Кокколитофориды

Эмилиания хаксли цветет у южной англии

Кокколитофорид почти исключительно морской и встречается в больших количествах по всему солнечному свету зоны в океане . У них есть пластинки (или чешуя) карбоната кальция неопределенного назначения, называемые кокколитами , которые являются важными микрофоссилиями . Кокколитофориды представляют интерес для тех, кто изучает глобальное изменение климата, потому что по мере увеличения кислотности океана их кокколиты могут стать еще более важными в качестве поглотителя углерода . Emiliania huxleyi, самый распространенный вид кокколитофорид, является повсеместным компонентом основы планктона в морских пищевых сетях . Стратегии управления используются для предотвращения цветения кокколитофорид, связанного с эвтрофикацией, поскольку это цветение приводит к уменьшению потока питательных веществ на более низкие уровни океана.

Динофлагеллята

Karenia brevis производит красные приливы, очень токсичные для человека

Миксотрофные водоросли

Другие группы

Диплонемиды могут быть в изобилии в Мировом океане

Традиционно предполагалась филогения микроорганизмов, таких как группы водорослей, о которых говорилось выше, и устанавливалась их таксономия на основе исследований морфологии . Однако развитие молекулярной филогенетики позволило установить эволюционное родство видов путем анализа их ДНК и белковых последовательностей. Многие таксоны, включая группы водорослей, о которых говорилось выше, находятся в процессе переклассификации или переопределения с использованием молекулярной филогенетики. Недавние разработки в области молекулярного секвенирования позволили извлекать геномы непосредственно из образцов окружающей среды и избежать необходимости культивирования. Это привело, например, к быстрому расширению знаний о численности и разнообразии морских микроорганизмов . Молекулярные методы, такие как метагеномика с разрешением генома и геномика одиночных клеток , используются в сочетании с высокопроизводительными методами .

В период с 2009 по 2013 год экспедиция по океанам Тары пересекла Мировой океан, собирая планктон и анализируя его с помощью современных молекулярных методов. Они обнаружили огромное количество ранее неизвестных фотосинтетических и миксотрофных водорослей. Среди их находок были и дипломонемиды . Эти организмы обычно бесцветны и имеют продолговатую форму, обычно около 20 мкм в длину и с двумя жгутиками. Данные штрих-кодирования ДНК позволяют предположить, что диплонемиды могут быть одними из самых многочисленных и наиболее богатых видами из всех групп морских эукариот.

По размеру

По размеру водоросли можно разделить на микроводоросли и макроводоросли .

Микроводоросли

Микроводоросли — это микроскопические водоросли, невидимые невооруженным глазом. В основном это одноклеточные виды, которые существуют по отдельности, цепочками или группами, хотя некоторые из них и многоклеточные . Микроводоросли — важные компоненты морских простейших , а также морского фитопланктона . Они очень разные . Было подсчитано, что существует 200 000-800 000 видов, из которых описано около 50 000 видов. В зависимости от вида их размеры варьируются от нескольких микрометров (мкм) до нескольких сотен микрометров. Они специально адаптированы к среде, в которой преобладают вязкие силы.

Зооксантеллы — это фотосинтетические водоросли, которые живут внутри хозяев, таких как кораллы.

Макроводоросли

Макроводоросли — это более крупные, многоклеточные и более заметные виды водорослей, обычно называемые водорослями . Водоросли обычно растут на мелководье прибрежных вод, где они прикреплены к морскому дну при помощи подпорки . Морские водоросли, которые уносятся по течению, могут вымыть на берег. Келп — это большие коричневые водоросли, образующие большие подводные леса, покрывающие около 25% береговых линий мира. Они являются одними из самых продуктивных и динамичных экосистем на Земле. Некоторые Sargassum Водоросли являются планктонные (свободно плавающие) и образуют плавающие сугробы. Как и микроводоросли, макроводоросли (водоросли) технически являются морскими простейшими, поскольку они не являются настоящими растениями.

Гигантская водоросль технически является протистом, поскольку это не настоящее растение, но она многоклеточная и может вырасти до 50 м.

Водоросли саргассум — это коричневая водоросль с воздушными пузырями, которые помогают ей плавать.

Рыбы саргассума замаскированы, чтобы жить среди дрейфующих водорослей саргассума.

Эти одноклеточные пузырьковые водоросли обитают в приливных зонах . Он может иметь диаметр 4 см.

Морские растения

Еще в силурийский период часть фитопланктона превратилась в красные , коричневые и зеленые водоросли . Затем эти водоросли вторглись на сушу и начали превращаться в наземные растения, которые мы знаем сегодня. Позже, в меловом периоде , некоторые из этих наземных растений вернулись в море в виде мангровых зарослей и морских трав .

Растительная жизнь может процветать в солоноватых водах устьев рек , где мангровые леса или cordgrass или пляж трава может расти. Цветущие растения растут на песчаных отмелях в виде лугов из водорослей , мангровые заросли выстилают побережье в тропических и субтропических регионах, а солеустойчивые растения процветают в регулярно затопляемых солончаках . Все эти среды обитания способны улавливать большое количество углерода и поддерживать биоразнообразие больших и малых животных. Морские растения могут быть найдены в приливных зонах и на мелководье, такие как морские водоросли , как зостер и черепах травы , Thalassia . Эти растения приспособились к высокой солености океанской среды.

Свет может проникать только через верхние 200 метров (660 футов), так что это единственная часть моря, где могут расти растения. Поверхностные слои часто испытывают дефицит биологически активных соединений азота. Морской азотный цикл состоит из сложных микробных преобразований, которые включают фиксацию азота , его ассимиляцию, нитрификацию , анаммокс и денитрификацию. Некоторые из этих процессов происходят на большой глубине, поэтому там, где наблюдается подъем холодных вод, а также вблизи устьев, где присутствуют питательные вещества из наземных источников, рост растений выше. Это означает, что наиболее продуктивные районы, богатые планктоном и, следовательно, также рыбой, в основном прибрежные.

Мангровые заросли

Мангровые леса представляют собой важные места обитания морских обитателей, выступая в качестве укрытий и мест кормления личинок и молодых форм более крупных рыб и беспозвоночных. Согласно спутниковым данным, общая площадь мангровых лесов в мире оценивалась в 2010 году в 134 257 квадратных километров (51 837 квадратных миль).

Морские травы

Как и мангровые заросли, морские травы являются важными рассадниками для личинок и молодых форм более крупных рыб и беспозвоночных. Общую мировую площадь лугов морских водорослей определить труднее, чем мангровых лесов, но по консервативным оценкам в 2003 году она составляла 177 000 квадратных километров (68 000 квадратных миль).

Морские драконы, замаскированные под плавающие водоросли, живут в лесах ламинарии и на лугах из морских водорослей.

Часть серии о
Углеродный цикл
Внешнее видео
Как возникла многоклеточность? — Путешествие в микрокосмос

Стехиометрия

Стехиометрии (измерение химических реагентов и продуктов ) первичной продукции в поверхности океана играет решающую роль в круговороте элементов в мировом океане. Соотношение между элементами углерода (С), азот (N) и фосфора (Р) в экспортируемой органического вещества выражены в терминах C: N: Р помогает определить , сколько атмосферного углерода является поглощенных в глубоком океане по отношению к наличие ограничивающих питательных веществ . В геологическом масштабе времени соотношение N: P отражает относительную доступность нитрата по отношению к фосфату , оба из которых поступают извне из атмосферы посредством фиксации азота и / или с континентов через реку и теряются в результате денитрификации и захоронения. В более коротких временных масштабах средняя стехиометрия экспортируемого органического вещества в виде твердых частиц отражает элементарную стехиометрию фитопланктона с дополнительным влиянием биологического разнообразия и вторичной переработки органического вещества зоопланктоном и гетеротрофными бактериями. Перед лицом глобальных изменений понимание и количественная оценка механизмов, которые приводят к изменчивости соотношений C: N: P, имеют решающее значение для точного прогноза будущего изменения климата.

Ключевой нерешенный вопрос заключается в том, что определяет C: N: P отдельного фитопланктона. Фитопланктон растет в верхнем освещенном слое океана , где количество неорганических питательных веществ, света и температуры варьируется в пространстве и во времени. Лабораторные исследования показывают, что эти колебания вызывают реакции на клеточном уровне, посредством чего клетки изменяют распределение ресурсов, чтобы оптимально адаптироваться к окружающей среде. Например, фитопланктон может изменять распределение ресурсов между богатым P биосинтетическим аппаратом, богатым азотом светособирающим аппаратом и запасами накопления энергии, богатыми углеродом. При типичном сценарии будущего потепления ожидается, что глобальный океан будет претерпевать изменения в доступности питательных веществ, температуре и освещенности . Эти изменения, вероятно, окажут глубокое влияние на физиологию фитопланктона, и наблюдения показывают, что конкурентоспособные виды фитопланктона могут акклиматизироваться и адаптироваться к изменениям температуры, освещенности и питательных веществ в десятилетних временных масштабах. Были проведены многочисленные лабораторные и полевые эксперименты, изучающие взаимосвязь между соотношением C: N: P фитопланктона и факторов окружающей среды. Однако сложно синтезировать эти исследования и обобщить реакцию фитопланктона C: N: P на изменения факторов окружающей среды. В отдельных исследованиях используются различные наборы статистических анализов для характеристики влияния факторов окружающей среды на элементные отношения, начиная от простого t-теста и заканчивая более сложными смешанными моделями, что затрудняет сравнение результатов между исследованиями. Кроме того, поскольку изменения признаков, вызванные окружающей средой, обусловлены сочетанием пластичности ( акклиматизации ), адаптации и жизненного цикла, стехиометрические реакции фитопланктона могут быть разными даже среди близкородственных видов.

Мета-анализ / систематический обзор — это мощная статистическая основа для синтеза и интеграции результатов исследований, полученных в результате независимых исследований, и для выявления общих тенденций. Основополагающий синтез Гейдера и Ла Роша в 2002 г., а также более поздняя работа Перссона и др. в 2010 году показал, что C: P и N: P могут варьироваться в 20 раз между клетками с высоким и ограниченным содержанием питательных веществ. Эти исследования также показали, что соотношение C: N может быть умеренно пластичным из-за ограничения питательных веществ. В метааналитическом исследовании Hillebrand et al. в 2013 году подчеркнули важность скорости роста в определении элементной стехиометрии и показали, что отношения C: P и N: P снижаются с увеличением скорости роста. В 2015 году Ивон-Дюроше и др. исследовал роль температуры в модулировании C: N: P. Хотя их набор данных ограничивался исследованиями, проведенными до 1996 года, они показали статистически значимую взаимосвязь между C: P и повышением температуры. MacIntyre et al. (2002) и Thrane et al. (2016) показали, что освещенность играет важную роль в управлении оптимальным соотношением C: N и N: P в клетках. Совсем недавно Морено и Мартини (2018) представили исчерпывающий обзор того, как условия окружающей среды регулируют клеточную стехиометрию с физиологической точки зрения.

Элементная стехиометрия морского фитопланктона играет решающую роль в глобальных биогеохимических циклах благодаря своему влиянию на круговорот питательных веществ, вторичную продукцию и экспорт углерода. Хотя на протяжении многих лет проводились обширные лабораторные эксперименты для оценки влияния различных факторов окружающей среды на элементный состав фитопланктона, всеобъемлющая количественная оценка процессов все еще отсутствует. Здесь ответы соотношений P: C и N: C морского фитопланктона были синтезированы на пять основных факторов (неорганический фосфор, неорганический азот, неорганическое железо, освещенность и температура) с помощью метаанализа экспериментальных данных по 366 экспериментам из 104 журнальные статьи. Эти результаты показывают, что реакция этих соотношений на изменения в макронутриентах одинакова во всех исследованиях, где увеличение доступности питательных веществ положительно связано с изменениями соотношений P: C и N: C. Результаты показывают, что фитопланктон эукариот более чувствителен к изменениям макроэлементов по сравнению с прокариотами, возможно, из-за их большего размера клеток и их способности быстро регулировать паттерны экспрессии генов. Эффект освещенности был значительным и постоянным во всех исследованиях, где увеличение освещенности уменьшало как P: C, так и N: C. Отношение P: C значительно снижалось при нагревании, но реакция на изменения температуры была неоднозначной в зависимости от режима роста культуры и фазы роста во время сбора урожая. Наряду с другими океанографическими условиями субтропических круговоротов (например, низкая доступность макроэлементов) повышенная температура может объяснить, почему P: C постоянно низкий в субтропических океанах. Добавление железа не изменяло систематически ни P: C, ни N: C.

Источник

Оцените статью