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 широко распространены среди микробно-планктонных сообществ как пресноводных, так и морских экосистем. Им принадлежит важная роль в составлении значительной части общей биомассы фитопланктонных сообществ.
В целом планктон можно разделить на категории на основе физиологических, таксономических или размерных характеристик. Впоследствии общая классификация планктона включает:
Однако существует более простая схема, которая классифицирует планктон на основе логарифмической шкалы размеров:
Это было еще больше расширено за счет включения пикопланктона (0,2–2 мкм) и фемтопланктона (0,02–0,2 мкм), а также чистого планктона, ультрапланктона. Теперь, когда пикопланктон охарактеризован, у него есть свои дальнейшие подразделения, такие как прокариотические и эукариотические фототрофы и гетеротрофы, которые распространены по всему миру в различных типах озер и тропических штатах. Чтобы различать автотрофный пикопланктон и гетеротрофный пикопланктон, автотрофы могли бы иметь фотосинтетические пигменты и способность проявлять автофлуоресценцию, что позволило бы их подсчитывать под эпифлуоресцентной микроскопией. Так впервые стали известны мелкие эукариоты. [1]
В целом, пикопланктон играет важную роль в олиготрофных димицитовых озерах, поскольку они способны производить, а затем, соответственно, очень эффективно перерабатывать растворенное органическое вещество (РОВ) в условиях, когда конкуренция других фитопланктеров нарушается такими факторами, как ограничение питательных веществ и хищники. Пикопланктон отвечает за основную продуктивность олиготрофных круговоротов и отличается от нанопланктона и микропланктона . [2] Поскольку они маленькие, у них большее соотношение поверхности к объему, что позволяет им получать дефицитные питательные вещества в этих экосистемах. Кроме того, некоторые виды могут быть миксотрофами . Размер самых маленьких ячеек (200 нм) составляет порядка нанометров, а не пикометров. Префикс SI пико- здесь используется довольно свободно, поскольку нанопланктон и микропланктон крупнее только в 10 и 100 раз соответственно, хотя он несколько более точен , если учитывать объем, а не длину.
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] Пикопланктон водорослей отвечает за до 90 процентов общего производства углерода ежедневно и ежегодно в олиготрофных морских экосистемах. [4] Объем общего производства углерода пикопланктоном в олиготрофных пресноводных системах также высок и составляет 70 процентов от общего годового производства углерода. [4] Морской пикопланктон составляет более высокий процент биомассы и производства углерода в олиготрофных зонах, таких как открытый океан, по сравнению с прибрежными регионами, которые более богаты питательными веществами. [4] [5] Их биомасса и процент производства углерода также увеличиваются по мере увеличения глубины эвфотической зоны . Это связано с использованием фотопигментов и эффективностью использования сине-зеленого света на этих глубинах. [4] Плотность популяции пикопланктона не колеблется в течение года, за исключением нескольких небольших озер, где их биомасса увеличивается по мере повышения температуры воды в озере. [5]
Пикопланктон также играет важную роль в микробном цикле этих систем, помогая обеспечивать энергией более высокие трофические уровни . [4] Их поедают различные организмы, такие как жгутиковые , инфузории , коловратки и копеподы . Жгутиконосцы — их главный хищник из-за их способности подплывать к пикопланктону, чтобы съесть его. [5]
Пикопланктон играет важную роль в круговороте питательных веществ во всех основных океанах, где они существуют в наибольшей численности . У них есть много особенностей, которые позволяют им выживать в этих олиготрофных (с низким содержанием питательных веществ) и слабоосвещенных регионах, например, использование нескольких источников азота, включая нитрат, аммоний и мочевину. [6] Их небольшой размер и большая площадь поверхности позволяют эффективно усваивать питательные вещества, поглощать падающий свет и способствовать росту организма. [7] Небольшой размер также позволяет минимально поддерживать обмен веществ. [8]
Пикопланктон, особенно фототрофный пикопланктон, играют значительную роль в производстве углерода в открытой океанической среде, что в значительной степени способствует глобальному производству углерода . [6] Их производство углерода обеспечивает как минимум 10% глобальной чистой первичной продуктивности водных ресурсов. [7] Высокий вклад первичной продуктивности вносится как в олиготрофные, так и в глубоководные зоны океанов. [6] Пикопланктон доминирует по биомассе в регионах открытого океана. [9]
Пикопланктон также составляет основу водных микробных пищевых сетей и является источником энергии в микробном цикле . На все трофические уровни морской пищевой сети влияет производство углерода пикопланктоном, а также прирост или потеря 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 выпас, паразитизм и вирусный лизис . [8]
За последние 10–15 лет морские учёные постепенно начали понимать важность даже самых мелких подразделений планктона и их роль в водных пищевых цепях, а также в переработке органических и неорганических питательных веществ. Поэтому возможность точного измерения биомассы и распределения сообществ пикопланктона по размерам в настоящее время стала весьма важной. Двумя распространенными методами, используемыми для идентификации и подсчета пикопланктона, являются флуоресцентная микроскопия и визуальный подсчет. Однако оба метода устарели из-за их трудоемкости и неточной природы. В результате в последнее время появились новые, более быстрые и точные методы, включая проточную цитометрию и флуоресцентную микроскопию с анализом изображений. Оба метода эффективны при измерении нанопланктона и автофлуоресцирующего фототрофного пикопланктона. Однако измерение очень мелких размеров пикопланктона часто оказывается трудным для измерения, поэтому в настоящее время для измерения мелкого пикопланктона используются устройства с зарядовой связью (ПЗС) и видеокамеры, хотя камера на основе ПЗС-матрицы с медленным сканированием более эффективен при обнаружении и определении размера крошечных частиц, таких как бактерии, окрашенные флуорохромом. [10]