Zvětšit obrázek

Kolónie rozsievok chaetoceros socialis sú súčasťou morského fytoplanktónu. Prebytok energie, ktorú absorbovali zo slnečných lúčov a nevyužili v procese fotosyntézy yyžarujú vo forme slabého červeného svetla. Kredit: Maria Vernet, Scripps Institution of Oceanography

Rastliny sa sťažujú slabým červeným svetlom.

Pri fotosyntéze zelené rastliny absorbujú časť dopadajúceho slnečného svetla. Jeho energia je nevyhnutná na spustenie a priebeh kaskády fotochemických reakcií – fotosyntézy. Vďaka energii fotónov s určitou vlnovou dĺžkou (680 a 700 nm) dochádza k vybudeniu (excitácii) atómov v molekulách pigmentu chlorofylu, čo znamená že ich niektorý  valenčný elektrón prejde na vyššiu energetickú hladinu. V chloroplastoch su tieto excitované elektróny molekule chlorofylu odoberané molekulou bielkoviny v špecifickej membráne (thylakoide) a ich uvoľnené miesta zas zaujmú elektróny vzniknuté pri štiepení molekúl vody (fotolýze). Tento mechanizmus zabezpečuje prenos nevyhnutnej slnečnej energie a jej transformáciu na energiu chemických väzieb pri tvorbe uhľovodíkov. Rastlina zväčša nevyužije celé množstvo absorbovaného slnečného svetla a prebytočnej energie sa zbavuje jej vyžarovaním späť vo forme tepla a červeného fluorescenčného svetla. Sú to vlastne fotóny, ktoré sa uvoľnia pri návrate "navyše" excitovaných atómov v chlorofyle späť na pôvodnú základnú energetickú hladinu. Podľa podmienok sa asi 3 až 9 % absorbovanej slnečnej energie vyžiari naspäť vo forme fluorescencie chlorofylu na vlnových dĺžkach viditeľného, aj keď pre ľudský zrak priveľmi slabého červeného svetla s maximom okolo 680 nm (niektoré vedecké zdroje uvádzajú nižšie hodnoty). Táto fluorescencia je indikátorom efektivity využitia absorbovanej slnečnej energie, teda indikátorom miery prebiehajúcej fotosyntézy. Čím lepšie rastlina dokáže prijatú energiu využiť, čiže pri dostatku slnečného svetla má aj dostatok tepla, vlahy a ostatných ingrediencií pre fotosyntézu, tým menej energie „vyfluoreskuje“ vo forme červeného svetla.  Nepriaznivými životnými podmienkami stresované rastliny teda  fluoreskujú viac. Ale aj vtedy je to pre ľudský zrak príliš slabé žiarenie. Dá sa však merať a detekcia fluorescencie sa už niekoľko rokov používa pri skúmaní reakcií rastlín na zmeny prostredia a na monitorovanie stavu vegetácie. (Pozn.: pre účel článku je vysvetlenie fluorescencie chlorofylu veľmi zjednodušené, podrobnejšie informácie v angličtine nájdete napríklad TU, v češtine TU).

Fytoplanktón – základná podmienka existencie morskej fauny, producent kyslíka, pohlcovač CO₂

Zvětšit obrázek

Fytoplanktón tvoria prevažne druhy jednobunkových rias a siníc. Stránka NOAA so snímkami v lepšom rozlíšení.

Podstatnú zložku drobného morského fytoplanktónu tvoria jednobunkové riasy (najmä tisíce druhov rozsievok) a sinice. Väčšina druhov je natoľko drobná, že ich voľným okom ani nevidíme. V tomto prípade do bodky platí, že dôležité je množstvo. Podobne ako rastliny na súši, fytoplaktón v mori predstavuje primárny potravinový zdroj a zaisťuje existenciu a stabilitu takmer všetkých morských ekosystémov. Ale má i inú dôležitú funkciu – vďaka fotosyntéze produkuje kyslík a absorbuje kysličník uhličitý. V tom má rovnakú zásluhu ako suchozemské rastliny – oba tábory sa podieľajú na bilancii kyslíka a CO₂ rovnakou mierou. Od množstva a „zdravotného“ stavu fytoplanktónu teda závisí aj lov rýb a úroveň vzdušného CO₂.

Aj drobné morské rastlinky vyžadujú pre svoj život slnečné svetlo a minerálne výživné látky – najmä dusičnany, fosforečnany a kyselinu kremičitú (rozsievky si vytvárajú kremičitanovú schránku).

Zvětšit obrázek

Masy fytoplanktónu severne od Nórska, ako ich nasnímala družica Aqua v júli 2003. Kredit: MODIS Science Team

Zo stopových prvkov je asi najdôležitejšie železo. A práve toho môže byť v morskej vode nedostatok. Do vôd oceánov a morí ho donáša vietor v podobe mikroskopických zrniek železitých minerálov v  prachu z púštnych a iných aridných oblastí, alebo vteká rozpustené vo vodách prameňov vyvierajúcich z hĺbok zemskej kôry. Prirodzená variabilita v distribúcii železa v morskej vode je spôsobená najmä sezónnosťou monzúnových vetrov.
Napriek tomu v niektorých oblastiach je jeho nedostatok chronický. V uplynulých rokoch sa uskutočnilo niekoľko diskutabilných projektov „prihnojovania“ vody síranmi železa. Ako u iných rastlín, aj fytoplanktón reaguje na nedostatok živín intenzívnejšou červenou fluorescenciou. Ak je morská voda na železo chudobná, rastliny rastú pomaly, spotrebujú pre svoj metabolizmus menší podiel absorbovanej slnečnej energie, preto z nej viacej „vyfluoreskujú“ červeným svetlom späť.

Zvětšit obrázek

Spustiť animáciu

Pohľad na čelo frontu saharskej pieskovej búrky. Tie najjemnejšie prachové častice sú vzostupnými teplovzdušnými prúdmi vynášané do vrchných vrstiev atmosféry a transportované v podstate po celej Zemi, ale najmä smerom do oblasti Karibiku. Vietor takto ročne odveje až 60-200 miliónov ton. Keďže ide o drobné zrnká minerálov, predstavuje saharský prach minerálne hnojivo pre plochy oceánov. Kredit: Jim Tucker

Animácia vzdušného transportu prachu z aridných oblastí. Tam, kde minerálne látky obohacujú morskú vodu sa fytoplanktónu darí lepšie a menej fluoreskuje. Kredit Wikimedia

 

 

Zvětšit obrázek

Prieskumný satelit Aqua Kredit: Reto Stockli, NASA

Projekt Aqua – satelitné monitorovanie atmosférickej cirkulácie vody a fluorescencie fytoplanktónu

Zatiaľ čo ESA (Európska vesmírna agentúra) len plánuje skonštruovať satelit FLEX (Fluorescence Explorer) na meranie fluorescencie suchozemskej vegetácie, americký satelit Aqua už niekoľko rokov monitoruje červené svetlo morského fytoplanktónu, ktoré je indikátorom lokálneho obsahu železa vo vode. Aqua je malý prieskumný satelit NASA skonštruovaný v širokej spolupráci nielen amerických vedeckých pracovísk. Na svojej obežnej dráhe okolo Zeme krúži vo výške asi 680 km už siedmy rok. Jeho hlavným cieľom je štúdium dažďových zrážok, vodného výparu a kolobehu vody v atmosfére. Jeden z jeho prístrojov – MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) - meria žiarenie v 36 spektrálnych pásmach pokrývajúcich široký rozsah vlnových dĺžok od 400 do 14 000 nm. 

Zvětšit obrázek

a - mapa fluorescencie fytoplanktónu (meranie satelitu Aqua, jar 2004), b – mapa obsahu dusičnanov pri hladine, c - mapa obsahu fosforečnanov pri hladine, d – obsah vetrom naviateho rozpustného železa (jar 2004). Na mapách je dobre vidieť ako miera fluorescencie (a) závisí od obsahu rozpustného železa (d).

Dostatočná citlivosť a priestorové rozlíšenie spektrometra MODIS umožňuje z celého spektra vyselektovať vlnovú dĺžku 678 nm a v nej zmerať slabú fluorescenciu más fytoplanktónu vo všetkých oceánoch a moriach. Tým, že mapuje oblasti kde planktón prosperuje a kde nie, zabezpečuje aj globálny monitoring plošného rozloženia morských más s dostatkom a nedostatkom železa. Opakované merania umožňujú analyzovať zmeny v rôznych časových horizontoch. Vedci plánujú dlhodobé sledovanie stavu fytoplanktónu, ktorý by mal odzrkadľovať aj prípadné zmeny klímy. Ak ich následkom dôjde k zosilneniu vetrov a k vzniku nových aridných oblastí s prašnou pôdou, mal by sa do okolitých morí zvýšiť i prínos železitých minerálov. Satelitné merania tak poskytujú jedinú efektívnu metódu na sledovanie zmien vo veľkých časových aj priestorových dimenziách. Predstavujú základnú databázu údajov pre prípadný podrobnejší výskum napríklad pomocou lodí. 

Zvětšit obrázek	Zvětšit obrázek
Koncentrácia chlorofylu v oceánoch na jeseň 2005. Merania družice Aqua. Kredit: NASA/Goddard Ocean Color Processing Group	Jar 2004 – mapa intenzity flourescencie morského fytoplanktónu. Snímka z animácie NASA"s Scientific Visualization Studio.

Výsledky monitoringu fluorescencie fytoplanktónu v rámci projektu Aqua uverejnilo májové číslo časopisu Biogeosciences.

Nasledovné video z YouTube je pomerne dlhé. Záujemcovia s nedostatkom času si však môžu prezrieť pomocou posuvného bežca len pre nich zaujímavé sekvencie, napríklad časové zmeny fluorescencie chlorofylu.

Odporúčame:
V roku 2003 v časopise Vesmír vyšiel voľne prístupný článok od dvojice autorov Michal Koblížek a Ondřej Prášil: Jak zúrodnit oceánské pouště. Ponúka prehľad dovtedajších projektov zameraných na zvýšenie obsahu rozpustnej formy železa vo vodách na fytoplanktón chudobných oblastí oceánov. V článku sa dočítate, aké výsledky tieto, zatiaľ len experimenty, priniesli.

Zdroje: stránky NASA , článok v Biogeosciences , stránka s animáciami NASA , stránka s prezentáciami projektu Aqua