Jak a proč studovat fytoplankton?

Tento text vznikl za podpory       

Proč fytoplankton měříme? Tak třeba abychom zjistili trofický stav vody (tj. zda je voda na živiny bohatá či chudá), nebo zda je vhodná pro koupání. Koncentrace a složení fytoplanktonu lze určit buď mikroskopickýcm rozborem odebraných vzorků, nebo stanovením koncentrace chlorofylu.

Přímé vzorkování vody s fytoplanktonem

Vzorky fytoplanktonu se odebírají přímo z vodního tělesa (vodních nádrží, rybníků, jezer, přehrad, bazénů), a to buď z trvalých pozorovacích stanic, nebo z lodí. Odběrová zařízení se liší podle toho, co chceme zrovna vzorkovat, zda rozvrstvení fytoplanktonu v různých hloubkách, nebo třeba jen fytoplankton u hladiny. Mezi odběrová zařízení patří např. Andělova tyč pro povrchový odběr, Friedingerův nebo Van Dornův hloubkový vzorkovač s dálkově ovládanými klapkami, planktonní sítě, různé hadice, vzorkovnice, atd.

Obr. 1 Ukázky vzorkovacích zařízení; vlevo "Andělova tyč" pro povrchové vzorkování, vpravo ponorné hloubkové vzorkovače.

Odebrané vzorky se po dobu transportu do laboratoře uchovávají v chladu. Analýzou v laboratoři se s pomocí mikroskopu, případně genetických analýz, určí jednotlivé druhy fytoplanktonu a jejich zastoupení ve vzorku. Tento způsob může být ale dosti obtížný a časově náročný. Pomocí planktonních sítí lze získat velmi hustý vzorek fytoplanktonu, ale neposkytují informaci o jeho koncentraci, navíc nemusí zachytit nejmenší řasy a sinice. Trubicové vzorkovače sice naopak pracují s přesným objemem, ale vzorky fytoplanktonu je třeba následně zakoncentrovat a spočítat. Kromě toho se fytoplakton nalézá v různých hloubkách vodního sloupce, hrozí tak vynechání jedné či více vrstev mezi vzorkovanými hloubkami. Hlavní výhodou vzorkování je možnost analyzovat a určit přítomné druhy.

Měření fotosyntetických pigmentů

Jednodušší a účinnější způsob měření fytoplanktonu je měření koncentrace fotosyntetických pigmentů přítomných v buňkách fytoplanktonu. Všechen fytoplankton obsahuje chlorofyl (zejména chlorofyl-a), a ten interaguje se světlem, proto je možné jej pomocí vhodných optických čidel detekovat. Tento způsob nejen že umožňuje měřit přímo v terénu a poskytuje okamžité údaje, ale také umožňuje nepřetržité či dlouhodobé monitorování a zaznamenávání naměřených hodnot. Jistou nevýhodou je, že přístroje měřící pouze množství chlorofylu předpokládají, že všechny řasy a sinice obsahují stejné množství chlorofylu, a tudíž poskytují pouze hrubý odhad celkové biomasy fytoplanktonu.

Fytoplankton však kromě zeleného chlorofylu obsahuje také karotenoidy (tj. oranžové karoteny a žluté xantofyly) a modrozelené fykobiliny (tj. fykoerytrin a fykocyanin). I tyto fotosyntetické pigmenty lze měřit. Zastoupení a množství pigmentů se u různých skupin fytoplanktonu (řasy, sinice, rozsivky a skrytěnky) liší. Například fykocyanin a fykoerythrin jsou dobré indikátory sinic. Díky tomu je možné od sebe jednotlivé skupiny fytoplanktonu odlišit a zároveň odhadnout jejich množství. Pro stanovení přítomnosti a množství pigmentů se využívá znalosti jejich interakce se světlem. Pigmenty lze měřit přímo díky jejich schopnosti absorbovat konkrétní barvy, tj. vlnové délky světla, nebo nepřímo díky principu světlem indukované fluorescence, kdy molekuly pigmentů zachytí fotony světla o vhodné vlnové délce a jejich energii vyzáří zpět jako svou vlastní fluorescenci, nebo ji předají na molekulu chlorofylu a vyvolají tak fluorescenci chlorofylu. Díky použití světel o specifických vlnových délkách pro vyvolání fluorescence konkrétních pigmentů lze poměrně přesně rozlišit skupiny fytoplanktonu, které se od sebe liší jejich přítomností. Více o měření fotosyntetických pigmentů a fluorometrii se můžete dozvědět zde.

Dálkový průzkum Země

Pro studium fytoplanktonu v celosvětovém měřítku a jejich role ve změně klimatu jsou naprosto klíčové družicové snímky získané při dálkovém průzkumu Země. Jednotlivé fytoplanktonní organismy jsou sice mikroskopické, ale pokud se vyskytují po miliardách, tak vysoké koncentrace chlorofylu a dalších světlo-zachycujících pigmentů mění způsob, jakým se odráží dopadající světlo (např. chlorofyl a absorbuje více modré a červené světlo, než zelené, odražené světlo má proto, podle množství chlorofylu ve vodě, namodralou až nazelenalou barvu). Voda tak může mít nazelenalou, načervenalou, či nahnědlou barvu. Vědci využívají tyto barevné změny k odhadu koncentrace chlorofylu a biomasy fytoplanktonu v jednotlivých částech oceánu.

Obr. 2 Na satelitních snímcích v přírozených barvách (vlevo) se fytoplankton jeví jako barevné víry. Vědci tyto snímky používají pro výpočet odhadu koncentrace chlorofylu ve vodě (vpravo). Tyto snímky ukazují vodní květ u Kamčatky 2.ledna 2010. Snímky byly získány z MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) umístěného na satelitu NASA, a upraveny Robertem Simmonem a Jesse Allanem. http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Phytoplankton/images/kamchatka_amo_2010153_color.jpg , http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Phytoplankton/images/kamchatka_amo_2010153_chlorophyll.jpg