Большая часть жизни в океане не имеет плавников. Одноклеточные организмы, называемые фитопланктоном, намного превосходят сумму всех морских организмов, о которых большинство из нас и не подозревают. В то время как фитопланктон по отдельности в значительной степени невидим невооруженным глазом, их общее воздействие можно увидеть из космоса. Представляете какие масштабы!?
В море много триллионов фитопланктона, и вместе они превращают огромное количество углекислого газа (CO2) в живое вещество. В этом процессе они выпускают значительную долю кислорода в мире в атмосферу. Эти жизненные процессы помогают регулировать общий климат и среду обитания на планете, а также являются залогом здоровья планеты.
Новое исследование НАСА, использующее спутниковые измерения фитопланктона, открыло двери для глобальных наблюдений за этими крошечными формами жизни как группы, по сути, помогая ученым показать пальцем живой пульс океанов, ритм жизни, от которого мы все зависим.
Вопросы под рукой
Многие учёные пишут научные труды, в которых говорится о том, как спутники помогают нам определить здоровье Земли. Продуктивность фитопланктона неоценимо и то, как обилие этого крошечного организма улучшает здоровье планеты Земля.
За последние два десятилетия спутники измеряли цвет океанов. Морская вода меняется с синего на зеленый, так как количество фитопланктона в воде увеличивается. Исследователи использовали это явление, записанное в данных спутника, для определения общего количества фитопланктона в Мировом океане. Это представляет собой большое достижение в понимании процессов жизни в океане, но это только половина истории.
Насколько эффективны эти клетки в преобразовании света и углерода в реальную растительную материю, как это поддерживает наше рыболовство и как эти процессы связаны с климатом, остается нерешенной проблемой, потому что до сих пор отсутствовала вторая часть головоломки. До настоящего времени ученые не могли определить общие темпы роста фитопланктона.
Рассмотрим здоровье обычного загородного газона. На расстоянии мы могли бы измерить количество травы, определив, насколько зеленый газон, но это измерение не скажет нам о том, насколько продуктивна эта трава. Зимой трава может быть такого же цвета, как и весной, но причина, по которой мы не стрижём газон зимой, заключается в том, что трава не растет так быстро. Для точного расчета производительности газона вам потребуется информация как о количестве травы, так и о скорости ее роста.
Это означает, что для определения продуктивности растений на суше или в океане требуются данные о количестве растений и скорости их роста. Но есть ли способ реально измерить скорость роста растений в мире? Уже более века океанографам приходится отвечать на этот вопрос «нет». Но теперь новые данные свидетельствуют о том, что рост фитопланктона производит сигнал, который можно увидеть из космоса.
Путешествие
«Мы нашли дорогу, но нам еще предстоит выяснить, куда она нас ведет». Это доктор Майк Беренфельд, научный сотрудник Орегонского государственного университета. По его словам, ученые задаются вопросом, как именно вывести фактическую продуктивность жизни в океане на протяжении более столетия. В этом случае производительность относится к количеству углерода, который поглощается фитопланктоном и превращается в живое вещество. Но теперь, говорит Беренфельд, он и его коллеги из Университета штата Мэн и Университета Калифорнии, возможно, нашли метод для точного измерения общей биопродуктивности морской среды. Он говорит: «Мы еще не достигли Оза, но теперь мы нашли дорогу из Желтого кирпича».
Путешествовать налегке
Решение стало возможным благодаря применению математической процедуры анализа спутниковых данных об океане. Сама процедура не является ни новой, ни особенно сложной, но лишь недавно она использовалась для решения экологических проблем, таких как анализ данных о цветах океана со спутников. Основной принцип прост: если вы знаете оптические характеристики отдельных компонентов в смеси и знаете общий цвет и яркость смеси, вы можете определить концентрацию различных компонентов, присутствующих в смеси.
«Возможно, это звучит сложно, но суть подхода фактически используется в нашей повседневной жизни», - объясняет доктор Беренфельд. «Простой пример - сопоставление цветов краски. Если вы возьмете образец краски в свой местный магазин, они поместят его в анализатор, который сообщит им, сколько каждого базового цвета необходимо смешать, чтобы получить нужный цвет. «Анализатор» использует математическую процедуру для решения проблемы. Теперь то же самое можно сделать со спутниковыми данными о цвете океана: мы знаем оптические характеристики («цвета») отдельных компонентов и математически определяем их концентрации».
Итак, как это дает нам темпы роста? Ну, это новый и захватывающий трюк. Впервые у нас теперь есть средство для определения количества клеток фитопланктона в воде и того, насколько они «зелены», и именно эта «зелень» обеспечивает своего рода «лакмусовой бумажкой» для скорости роста. Когда фитопланктон испытывает стресс из-за температуры холодной воды, яркого света или низкого содержания питательных веществ, он становится менее пигментированным или, другими словами, менее «зеленым».
Точно так же фитопланктон становится зеленее, когда улучшаются условия и темпы роста. Новое исследование показывает, что теперь мы можем обнаружить эти изменения из космоса и связать их с деятельностью океанских растений. Как только ученые достигнут точной оценки скорости роста и биомассы фитопланктона, вычисление продуктивности станет основной математической процедурой.
В то время как новое исследование устанавливает путь к решению проблемы производительности, реализация его полного потенциала потребует новых и более полных спутниковых измерений, которые позволят более точно аналитическое разделение различных компонентов цвета и яркости океанских вод. «Это захватывающее время для дистанционного зондирования океана, потому что теперь ясно, как должны развиваться спутниковые наблюдения, чтобы наконец решить очень давний вопрос», - говорит доктор Эммануэль Босс, соавтор нового исследования.
Большие эффекты от маленьких клеток
Глобальное значение фитопланктона невозможно переоценить. Как индивидуумы, эти крошечные растения имеют очень мало последствий. Но в целом фитопланктон представляет собой категорию жизни на Земле с некоторыми из наиболее глубоких потенциальных последствий. Понимание чистой продуктивности фитопланктона позволяет ученым решать важные вопросы, касающиеся экологической устойчивости. Эти области включают общее качество воды, распределение и общее состояние рыболовства, основные отзывы о глобальных изменениях климата и многое другое.
В более широком смысле этот вид исследований помогает определить цель космических наблюдений Земли. Подобное исследование лежит в основе миссии космического агентства. Стремясь расширить границы знаний, НАСА продолжает защищать жизнь на Земле, используя свои уникальные наблюдательные возможности для изучения функционирования экосистем и реагирования на изменения.