Пикопланктон

Фракция планктона от 0,2 до 2 мкм

Пикопланктон — это фракция планктона, состоящая из клеток размером от 0,2 до 2 мкм, которые могут быть как прокариотическими, так и эукариотическими фототрофами и гетеротрофами:

Они распространены среди микробных планктонных сообществ как пресноводных, так и морских экосистем. Они играют важную роль, составляя значительную часть общей биомассы фитопланктонных сообществ.

Классификация

В целом, планктон можно классифицировать на основе физиологических, таксономических или размерных характеристик. Соответственно, общая классификация планктона включает:

Однако существует более простая схема, которая классифицирует планктон на основе логарифмической шкалы размеров:

Макропланктон (200–2000 мкм)
Микропланктон (20–200 мкм)
Нанопланктон (2–20 мкм)

Это было еще больше расширено, включив пикопланктон (0,2–2 мкм) и фемтопланктон (0,02–0,2 мкм), а также чистый планктон, ультрапланктон. Теперь, когда пикопланктон был охарактеризован, у него есть свои собственные дальнейшие подразделения, такие как прокариотические и эукариотические фототрофы и гетеротрофы, которые распространены по всему миру в различных типах озер и трофических состояниях. Для того чтобы различать автотрофный пикопланктон и гетеротрофный пикопланктон, автотрофы могли бы иметь фотосинтетические пигменты и способность демонстрировать автофлуоресценцию, что позволило бы проводить их подсчет под эпифлуоресцентным микроскопом. Так впервые стали известны мельчайшие эукариоты. ^[1]

В целом, пикопланктон играет важную роль в олиготрофных димитовых озерах, поскольку он способен производить и затем соответствующим образом перерабатывать растворенное органическое вещество (РОВ) очень эффективным образом в обстоятельствах, когда конкуренция других фитопланктеров нарушается такими факторами, как ограничение питательных веществ и хищники. Пикопланктон отвечает за самую первичную продуктивность в олиготрофных круговоротах и отличается от нанопланктона и микропланктона . ^[2] Поскольку они малы, у них большее отношение поверхности к объему, что позволяет им получать дефицитные питательные вещества в этих экосистемах. Кроме того, некоторые виды также могут быть миксотрофными . Самые маленькие из клеток (200 нм) имеют порядок нанометров, а не пикометров. Префикс СИ пико- здесь используется довольно свободно, поскольку нанопланктон и микропланктон всего в 10 и 100 раз больше соответственно, хотя он несколько более точен при рассмотрении объема, а не длины.

Роль в экосистемах

Пикопланктон вносит большой вклад в биомассу и первичную продукцию как в морских, так и в пресноводных озерных экосистемах. В океане концентрация пикопланктона составляет 10 ⁵ –10 ⁷ клеток на миллилитр океанской воды. ^[3] Водорослевый пикопланктон отвечает за до 90 процентов от общего объема производства углерода ежедневно и ежегодно в олиготрофных морских экосистемах. ^[4] Объем общего объема производства углерода пикопланктоном в олиготрофных пресноводных системах также высок, составляя 70 процентов от общего объема годового производства углерода. ^[4] Морской пикопланктон составляет более высокий процент биомассы и производства углерода в зонах, которые являются олиготрофными, таких как открытый океан, по сравнению с регионами вблизи берега, которые более богаты питательными веществами. ^[4]^[5] Их биомасса и процент производства углерода также увеличиваются с увеличением глубины в эвфотической зоне . Это связано с использованием ими фотопигментов и эффективностью использования сине-зеленого света на этих глубинах. ^[4] Плотность популяции пикопланктона не колеблется в течение года, за исключением нескольких случаев в небольших озерах, где их биомасса увеличивается по мере повышения температуры воды в озере. ^[5]

Пикопланктон также играет важную роль в микробной петле этих систем, помогая обеспечивать энергией более высокие трофические уровни . ^[4] Они являются пищей для различных организмов, таких как жгутиконосцы , инфузории , коловратки и веслоногие рачки . Жгутиконосцы являются их основными хищниками из-за их способности подплывать к пикопланктону, чтобы потреблять его. ^[5]

Океанический пикопланктон

Пикопланктон играет важную роль в круговороте питательных веществ во всех основных океанах, где он существует в наибольшем количестве . У него есть много особенностей, которые позволяют ему выживать в этих олиготрофных (с низким содержанием питательных веществ) и слабоосвещенных регионах, таких как использование нескольких источников азота, включая нитрат, аммоний и мочевину. ^[6] Их небольшой размер и большая площадь поверхности обеспечивают эффективное получение питательных веществ, поглощение падающего света и рост организма. ^[7] Небольшой размер также обеспечивает минимальное метаболическое поддержание. ^[8]

Пикопланктон, в частности фототрофный пикопланктон, играет значительную роль в производстве углерода в открытых океанических средах, что вносит значительный вклад в глобальное производство углерода . ^[6] Их производство углерода составляет не менее 10% от глобальной чистой водной первичной продуктивности. ^[7] Высокий вклад в первичную продуктивность вносится как в олиготрофных, так и в глубоководных зонах океанов. ^[6] Пикопланктон доминирует в биомассе в открытых океанических регионах. ^[9]

Пикопланктон также составляет основу водных микробных пищевых сетей и является источником энергии в микробной петле . Все трофические уровни в морской пищевой сети зависят от производства углерода пикопланктоном и увеличения или уменьшения пикопланктона в окружающей среде, особенно в олиготрофных условиях. ^[8] Морские хищники пикопланктона включают гетеротрофных жгутиконосцев и инфузорий . ^[6] Простейшие являются доминирующими хищниками пикопланктона. ^[8] Пикопланктон часто теряется в результате таких процессов, как выедание, паразитизм и вирусный лизис . ^[8]

Измерение

За последние 10 или 15 лет ученые-океанологи постепенно начали понимать важность даже самых мелких подразделений планктона и их роль в водных пищевых сетях и в переработке органических и неорганических питательных веществ. Поэтому возможность точно измерить биомассу и распределение размеров сообществ пикопланктона теперь стала довольно существенной. Два из распространенных методов, используемых для идентификации и подсчета пикопланктона, — это флуоресцентная микроскопия и визуальный подсчет. Однако оба метода устарели из-за их трудоемкой и неточной природы. В результате в последнее время появились более новые, быстрые и точные методы, включая проточную цитометрию и флуоресцентную микроскопию с анализом изображений. Оба метода эффективны при измерении нанопланктона и автофлуоресцентного фототрофного пикопланктона. Однако измерение очень малых размеров пикопланктона часто оказывалось сложным, поэтому для измерения небольшого пикопланктона теперь используются приборы с зарядовой связью (ПЗС) и видеокамеры, хотя камера на основе ПЗС с медленным сканированием более эффективна для обнаружения и определения размера мельчайших частиц, таких как бактерии, окрашенные флуорохромом. ^[10]

Смотрите также

Ссылки

^ Callieri, Cristiana; Stockner, John G. (1 февраля 2002 г.). "Пресноводный автотрофный пикопланктон: обзор". Journal of Limnology . 61 (1): 1–14. doi : 10.4081/jlimnol.2002.1 .
^ Вершинин, Александр. «Фитопланктон Черного моря». Российский федеральный детский центр «Орленок».
^ Шмидт, TM; ДеЛонг, EF; Пейс, NR (1991-07-01). «Анализ сообщества морского пикопланктона с помощью клонирования и секвенирования гена 16S рРНК». Журнал бактериологии . 173 (14): 4371–4378. doi :10.1128/jb.173.14.4371-4378.1991. ISSN 0021-9193. PMC 208098. PMID 2066334 .
^ abcde Стокнер, Джон Г.; Антиа, Навал Дж. (14 апреля 1986 г.). «Пикопланктон водорослей из морских и пресноводных экосистем: многодисциплинарная перспектива». Канадский журнал рыболовства и водных наук . 43 (12): 2472–2503. doi :10.1139/f86-307.
^ abc Fogg, GE (28 апреля 1995 г.). «Некоторые комментарии о пикопланктоне и его значении в пелагической экосистеме» (PDF) . Aquat Microb Ecol . 9 : 33–39. doi : 10.3354/ame009033 .
^ abcd Стокнер, Джон Г. (1988). «Фототрофный пикопланктон: обзор морских и пресноводных экосистем». Лимнология и океанография . 4 (33): 765–775. Bibcode : 1988LimOc..33..765S. doi : 10.4319/lo.1988.33.4part2.0765.
^ ab Agawin, Nona S; Duarte, Carlos M; Augusti, Susana (2000). «Питательные вещества и температурный контроль вклада пикопланктона в биомассу и продукцию фитопланктона». Лимнология и океанография . 3 (45): 591–600. Bibcode :2000LimOc..45..591A. doi : 10.4319/lo.2000.45.3.0591 .
^ abcd Callieri, Cristiana; Stockner, John G (2002). "Пресноводный автотрофный пикопланктон: обзор". Journal of Limnology . 1 (61): 1–14. CiteSeerX 10.1.1.472.3454 . doi :10.4081/jlimnol.2002.1.
^ Moon-van der Staay, Seung Yeo; De Wachter, Rupert; Vaulot, Daniel (февраль 2001 г.). «Oceanic 18S rDNA sequences from picoplankton reveal unsuspected eukaryotic variation». Nature . 409 (6820): 607–610. Bibcode :2001Natur.409..607M. doi :10.1038/35054541. PMID 11214317. S2CID 4362835.
^ Viles, CL; Sieracki, ME (февраль 1992 г.). «Измерение размера клеток морского пикопланктона с использованием охлаждаемой камеры с зарядовой связью и флуоресцентной микроскопией с анализом изображений». Applied and Environmental Microbiology . 58 (2): 584–592. Bibcode :1992ApEnM..58..584V. doi :10.1128/AEM.58.2.584-592.1992. PMC 195288 . PMID 1610183.

[1] Callieri, Cristiana; Stockner, John G. (1 февраля 2002 г.). "Пресноводный автотрофный пикопланктон: обзор". Journal of Limnology . 61 (1): 1–14. doi : 10.4081/jlimnol.2002.1 .

[2] Вершинин, Александр. «Фитопланктон Черного моря». Российский федеральный детский центр «Орленок».

[3] Шмидт, TM; ДеЛонг, EF; Пейс, NR (1991-07-01). «Анализ сообщества морского пикопланктона с помощью клонирования и секвенирования гена 16S рРНК». Журнал бактериологии . 173 (14): 4371–4378. doi :10.1128/jb.173.14.4371-4378.1991. ISSN 0021-9193. PMC 208098. PMID 2066334 .

[:0-4] Стокнер, Джон Г.; Антиа, Навал Дж. (14 апреля 1986 г.). «Пикопланктон водорослей из морских и пресноводных экосистем: многодисциплинарная перспектива». Канадский журнал рыболовства и водных наук . 43 (12): 2472–2503. doi :10.1139/f86-307.

[:2-5] Fogg, GE (28 апреля 1995 г.). «Некоторые комментарии о пикопланктоне и его значении в пелагической экосистеме» (PDF) . Aquat Microb Ecol . 9 : 33–39. doi : 10.3354/ame009033 .

[Stockner-6] Стокнер, Джон Г. (1988). «Фототрофный пикопланктон: обзор морских и пресноводных экосистем». Лимнология и океанография . 4 (33): 765–775. Bibcode : 1988LimOc..33..765S. doi : 10.4319/lo.1988.33.4part2.0765.

[Agawin-7] Agawin, Nona S; Duarte, Carlos M; Augusti, Susana (2000). «Питательные вещества и температурный контроль вклада пикопланктона в биомассу и продукцию фитопланктона». Лимнология и океанография . 3 (45): 591–600. Bibcode :2000LimOc..45..591A. doi : 10.4319/lo.2000.45.3.0591 .

[Callieri-8] Callieri, Cristiana; Stockner, John G (2002). "Пресноводный автотрофный пикопланктон: обзор". Journal of Limnology . 1 (61): 1–14. CiteSeerX 10.1.1.472.3454 . doi :10.4081/jlimnol.2002.1.

[Moon-9] Moon-van der Staay, Seung Yeo; De Wachter, Rupert; Vaulot, Daniel (февраль 2001 г.). «Oceanic 18S rDNA sequences from picoplankton reveal unsuspected eukaryotic variation». Nature . 409 (6820): 607–610. Bibcode :2001Natur.409..607M. doi :10.1038/35054541. PMID 11214317. S2CID 4362835.

[10] Viles, CL; Sieracki, ME (февраль 1992 г.). «Измерение размера клеток морского пикопланктона с использованием охлаждаемой камеры с зарядовой связью и флуоресцентной микроскопией с анализом изображений». Applied and Environmental Microbiology . 58 (2): 584–592. Bibcode :1992ApEnM..58..584V. doi :10.1128/AEM.58.2.584-592.1992. PMC 195288 . PMID 1610183.