Вони маленькі, але вони могутні. Від виробництва кисню, яким ми дихаємо, до поглинання вуглецю, який ми виділяємо, до годування риби, яку ми їмо, крихітний фітопланктон є важливою частиною екосистем океану та необхідним для життя, яке ми знаємо на Землі. Щоб дати нам новий погляд на ці надзвичайні водні організми, НАСА запускає супутник на початку 2024 року.
Інструменти на супутнику PACE (скорочення від Plankton, Aerosol, Cloud, and ocean Ecosystem) спостерігатимуть за океаном і збиратимуть дані про кольори світла, що відбивається від нього, повідомляючи нам, де процвітають різні види фітопланктону. Ocean Color Instrument на PACE зможе спостерігати понад 100 різних довжин хвиль і стане першим науковим супутником, який робить це щодня в глобальному масштабі. Цей «гіперспектральний» інструмент дозволить вперше ідентифікувати фітопланктон за видами з космосу.
Фітопланктон і фотосинтез
Фітопланктон — це крихітні організми, які плавають на поверхні океану та інших водойм. Як і наземні рослини, фітопланктон використовує фотосинтез для поглинання сонячного світла та вуглекислого газу та генерування кисню та вуглеводів, які є цукрами, наповненими вуглецем. Ці цукри роблять фітопланктон центром харчової мережі океану: вони живлять великих тварин — від зоопланктону до молюсків і плавників, — яких потім їдять ще більші риби та морські ссавці. Створення цукру під дією сонячного світла називається первинним виробництвом.
Незважаючи на те, що фітопланктон становить менше 1% від загальної біомаси на Землі, яка може фотосинтезувати, він забезпечує близько 45% світового первинного виробництва. Без фітопланктону більшість океанічних харчових мереж зруйнувалися б, що було б руйнівним як для морського життя, так і для людей, які покладаються на рибу як їжу.
Крихітні організми забезпечують більше, ніж просто поживні речовини. Завдяки фотосинтезу фітопланктон створює кисень, який виділяється в океан і атмосферу. Насправді відтоді як фітопланктон почав фотосинтезувати понад 3 мільярди років тому — понад два мільярди років до появи наземних рослин і дерев — фітопланктон виробляв близько 50% усього кисню, який вироблявся на Землі.
Фотосинтез також дає їм ключову роль у глобальному циклі вуглецю, оскільки вони поглинають вуглекислий газ з атмосфери. Те, що фітопланктон робить із цим вуглецем, залежить від виду.
«Як і рослини на суші, фітопланктон дуже різноманітний», — сказала Івона Цетінич, біологічний океанограф з Лабораторії екології океану в Центрі космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Меріленд. Кожен із цих різноманітних видів має різні характеристики, які дозволяють їм виконувати різні роботи в вуглецевих системах Землі, сказала вона.
Фітопланктон, як-от Emiliana huxleyi, містить вуглець у своїй зовнішній оболонці, схожій на мушлю. Коли вони гинуть, мушлі тонуть і поглинають вуглець в океанських глибинах. Інші види фітопланктону займають певну нішу для вибагливих їдців, наприклад устриці, які їдять фітопланктон лише певного розміру. Інші види фітопланктону можуть захоплювати вуглець за допомогою фотосинтезу, де він потім залишається на поверхні океану, поки організми не розкладаються, вивільняючи вуглець назад в атмосферу у вигляді вуглекислого газу.
«Я сподіваюся, що PACE, як тільки він дає нам погляд на різноманітність океанського фітопланктону, зможе розповісти нам набагато більше про глобальний потік вуглецю в океанах, зараз і в майбутньому», — сказав Четініч.
Фітопланктон на холоді
Навіть у більш холодних водах на вищих широтах фітопланктон має вирішальне значення для життя океану. У полярних регіонах цвітіння фітопланктону — коли організми ростуть і розмножуються у величезних кількостях, видимих із космосу — може слідувати за циклом танення морського льоду.
Коли морський льодовий покрив відступає, сонячне світло може досягати поверхні океану та фітопланктону, який плаває на ній, дозволяючи їм фотосинтезувати та процвітати після тривалого періоду перебування під покриттям. Це виробляє паливо для інших видів. Полярні види, від молюсків і криля до моржів і китів, покладаються на це своєчасне цвітіння як джерела їжі.
«Зміна часу цвітіння впливає на всю екосистему», — сказала Еймі Нілі, біологічний океанограф з NASA Goddard.
Оскільки час і ступінь відступу морського льоду змінюються в умовах потепління клімату, PACE зможе відстежувати зміни в часі цвітіння, надаючи розуміння ширшого впливу на екосистему.
Виявлення шкідливого фітопланктону
Не весь фітопланктон є корисним для екосистем. Деякі види можуть виробляти токсини, небезпечні для людини та інших морських видів. Це шкідливе цвітіння водоростей може порушити екосистеми, а також порушити повсякденне життя людей біля узбережжя, озер і річок. Цвітіння ціанобактерій, наприклад, може зіпсувати питну воду та воду для рекреаційного використання токсинами, які вони виробляють.
Вчені використовували деякі супутникові дані для відстеження та моніторингу цього цвітіння та умов, які його викликають. PACE має спростити розшифровку цих видів і умов, дозволяючи людям розробляти способи пом’якшення впливу та запобігання майбутньому цвітінню.
«Не весь фітопланктон викликає шкідливе цвітіння водоростей, тому якщо ми зможемо використовувати супутникові дані, щоб краще відокремити шкідливе цвітіння від нешкідливого, це буде корисно для менеджерів з водних ресурсів і вчених, які намагаються зрозуміти спільноти фітопланктону в регіоні», — сказала Бріджит. Сігерс, океанограф NASA Goddard.
PACE не буде першим супутником, який дозволить нам побачити фітопланктон з космосу. Ця місія є наступницею таких місій, як Terra, Aqua, Landsat і SeaWiFS (датчик широкого поля огляду моря), які збирали дані про фітопланктон з 1990-х років. PACE, який збирається та керується інженерами NASA Goddard, значно розширить наші можливості розрізняти та відстежувати фітопланктон щодня по всій планеті.
«Сподіваємося, що гіперспектральний характер Ocean Color Instrument дозволить нам краще відрізнити типи фітопланктону один від одного та від нефітопланктонних частинок», — сказав Нілі. «Для мене можливості для дослідження будуть безмежними». Джерело