Кіріспе

Бір жасушалы балдырлар, әсіресе кокколитофоралар немесе кокколитофоридтер, саздың қалыптасуына жауапты. Олар фитопланктонның бір бөлігі, планктон қауымының автотрофты (өздігінен қоректенетін) компоненті болып табылатын бір жасушалы организмдер. Олар шамамен 200 түрден тұратын топты құрайды және Роберт Уиттакердің бес патшалық жүйесіне сәйкес Protista патшалығына, немесе жаңа биологиялық жіктеу жүйесіне сәйкес Hacrobia кладына жатады. Hacrobia кладында кокколитофоралар Haptophyta типінің (немесе бөлімінің) Prymnesiophyceae (немесе Coccolithophyceae) класына жатады. Кокколитофоралар негізінен теңізде кездеседі, фотосинтез жасайды және мұхиттың күн сәулесіне толы аймағында көптеп таралған. Кокколитофоралар – планетадағы ең өнімді кальцийленетін организмдер, олар кокосфера деп аталатын кальций карбонатынан тұратын қабықпен жабылады. Бірақ олардың кальцийлену себептері әлі де анықталмаған. Кокосфераның маңызды функцияларының бірі – микрозоопланктонның шабуылынан қорғау, ол мұхиттағы фитопланктонның өлімінің басты себептерінің бірі болып табылады. Кокколитофоралар экологиялық тұрғыдан маңызды және биогеохимиялық жағынан теңіз биологиялық сорғысы мен көміртек айналымында маңызды рөл атқарады. Тұрғын ортасына байланысты, олар жергілікті теңіз өнімінің 40 пайызына дейін өндіре алады. Эутрофикацияға байланысты кокколитофоралардың гүлденуін болдырмау үшін басқару стратегиялары қолданылуда, себебі мұндай гүлденулер мұхиттың төменгі деңгейлеріне қоректік заттардың ағынын азайтады. Кокколитофоралардың ең көп таралған түрі – Эмилиания хукслейи, Isochrysidales орнына және Noëlaerhabdaceae тұқымдасына жатады. Бұл E. huxleyi-ді теңіз азық тізбегінің көп бөлігінің планктондық негізінің маңызды бөлігіне айналдырады. Сонымен қатар, ол зертханалық жағдайларда ең жылдам өсетін кокколитофор болып табылады. Ол жазғы термоклиннің қайта қалыптасуынан кейін қоректік заттар жетіспейтін суларда кең көлемді гүлденулерді қалыптастыруы және жер ғалымдары теңіздің бұрынғы температурасын бағалау үшін жиі қолданатын алкенон деп аталатын молекулаларды өндіруі үшін зерттеледі.

Үлкен кальцитті белдеу

Оңтүстік мұхиттың Ұлы кальцит белдеуі – диатомиялық өсімдіктердің басымдығымен белгілі болғанына қарамастан, коколитофоралардан туындаған, жазғы маусымдағы жоғары мұхит кальцитінің концентрацияланған аймағы. Бұл аймаққа тән динамикалық фронталдық жүйелерде коколитофоралар мен диатомиялардың екі маңызды фитопланктон тобының қабаттасуы, осы таксономиялық топтардағы түрлердің таралуына экологиялық факторлардың ықпалын зерттеу үшін өте қолайлы жағдай тудырады. Оңтүстік мұхитта оңтүстік жартышардың көктемі мен жазында маусымдық жоғары хлорофилл a деңгейімен бірге кездесетін, жоғары бейорганикалық көміртек бөлшектерінен (PIC) тұратын Ұлы кальцит белдеуі, климаттың өзгеруінде маңызды рөл атқарады және Оңтүстік мұхиттың 60%-дан астам аумағын (30–60° S) қамтиды. 30° және 50° оңтүстік ендігі аралығындағы аймақ, Солтүстік Атлантика және Солтүстік Тынық мұхиттарымен бірге, антропогендік көмірқышқыл газының (CO2) ең көп сіңірілетін жері болып табылады.

Әлемдік климаттың өзгеруінің таралуына әсері

Соңғы зерттеулер климаттың өзгеруі кокколитофорлардың таралуы мен өнімділігіне тікелей және жанама әсер ететінін көрсетеді. Олар, олардың экологиясын анықтайтын температураның жоғарылауымен және мұхиттың беткі қабатының жылулық қабаттануымен сөзсіз әсерленеді, бірақ жаһандық жылыну кокколитофорлардың жалпы санының артуына немесе азаюына алып келері әлі белгісіз. Кальцификациялайтын организмдер болғандықтан, көмірқышқыл газының артуынан туындаған мұхиттың қышқылдануы кокколитофорларға елеулі зиян келтіруі мүмкін деп саналады.

Тамақ желісіндегі рөлі

Кокколитофорлар мұхиттағы ең көп кездесетін негізгі өндірушілердің бірі. Сондықтан, олар тропикалық және субтропикалық мұхиттардың біріншілік өнімділігіне зор үлес қосады, бірақ оның нақты көлемі әлі анықталған жоқ.

Қоректік заттарға тәуелділік

Мұхиттың белгілі бір аймақтарындағы азот, фосфор және силикаттың концентрациялары арақатынасы фитопланктон қауымдастықтарындағы бәсекелестік үстемдігін анықтайды. Әрбір арақатынас диатомдылар немесе коколитофорлар сияқты басқа фитопланктон топтарының пайдасына салмақты ауыстырады. Силикаттың азот пен фосфорға қатысты төмен арақатынасы коколитофорларға басқа фитопланктон түрлерін озуға мүмкіндік береді; бірақ, егер силикаттың фосфор мен азотқа қатысты арақатынасы жоғары болса, коколитофорлар диатомдылармен бәсекелесе алмайды. Ауыл шаруашылығы процестерінің күшеюі судың эвтрофикациясына алып келеді, соның салдарынан азоты мен фосфоры жоғары, ал силикаты төмен ортада коколитофорлар гүлдейді. Демек, коколитофорлардың кең ауқымды гүлденуінің жалпы нәтижесі – жаһандық жылынуға үлес қосудың орнына, су қабатының өнімділігінің төмендеуіне себеп болады.

Жыртқыш пен олжаның өзара әрекеттесуі

Олардың жыртқыштарына барлық фитопланктонға тән жалпы жыртқыштар жатады, олардың ішінде шағын балықтар, зоопланктон және моллюскалардың дернәсілдері бар. Бұл түрге тән вирустар әлемнің әртүрлі аймақтарынан бөлініп алынды және көктемгі гүлдену динамикасында маңызды рөл атқаратын сияқты.

Уыттылық

Коколитофоралардың токсикалық әсеріне қатысты экологиялық дәлелдер жоқ, бірақ олар токсикалық түрлерді қамтитын Prymnesiophyceae класына жатады. Уытты түрлер Prymnesium Massart және Chrysochromulina Lackey туыстарында табылды. Prymnesium туысының өкілдері гемолитикалық қосылыстарды, яғни токсикалық әсерге жауапты заттарды өндіреді. Осы уытты түрлердің кейбіреулері ірі балықтардың қырылуына себеп болып, моллюскалар сияқты организмдерде жинақталып, азық тізбегі арқылы таралады. Лабораториялық сынақтарда теңіз коколитофораларының Emiliania, Gephyrocapsa, Calcidiscus және Coccolithus туыстарындағы, сондай-ақ жағалаулық Hymenomonas туысының түрлері улы емес екені көрсетілді, бірақ Pleurochrysis және Jomonlithus туыстарындағы бірнеше түрлер, екі жағалаулық туыс та Artemia үшін улы болды. Осы жылдам өсу жылдамдығымен байланысты кемшіліктерге басқа фитопланктон түрлерімен салыстырғанда кішірек жасуша радиусы және төмен жасуша көлемі жатады.

Вирустық инфекция және коэволюция

ДНҚ құрайтын алып вирустар коколитофораларды, әсіресе E. huxleyi-ді литикалық түрде жұқтыратыны белгілі. Бұл вирустар E. huxleyi вирустары (EhVs) деп аталады және олар өмірлік циклдің кокосферамен қапталған диплоидты фазасын дерлік толығымен жұқтырады. Гаплоидты организм жұқпайтындықтан вирусқа ұшырамайды, сондықтан коколитофоралар мен осы вирустар арасындағы коэволюциялық "қару жарысы" классикалық "Қызыл Королева" эволюциялық моделінен емес, "Чешир мысығы" сияқты экологиялық динамикадан өтеді. Жақындағы зерттеулер вирустың сфинголипидтерді синтездеуі және бағдарламаланған жасуша өлімін тудыруы, кем дегенде коколитовирустар мен диплоидты организм арасындағы "Қызыл Королева" сияқты коэволюциялық қару жарысын зерттеуге тікелей мүмкіндік береді. Ең көне коколитофоралар Нориан-Ретиан шекарасы шамасындағы Соңғы Триас кезеңінен белгілі. Мезозой дәуірінде түрлердің әртүрлілігі бірте-бірте артты, соңғы Креда кезеңінде ең жоғары деңгейге жетті. Алайда, Креда-Палеоген жойылған оқиғасы кезінде күрт төмендеу болды, нәтижесінде коколитофора түрлерінің 90% астам бөлігі жойылды. Кокколиттер Палеоцен-Эоцен термиялық максимум кезінде әртүрліліктің тағы бір, төменгі шыңына жетті, бірақ Олигоценнен бері жаһандық температураның төмендеуіне байланысты азайды, ірі және тығыз кальцификацияланған кокколиттер шығаратын түрлер ең көп зардап шекті. Кокколиттер коколитофора жасушасының ішінде пайда болады, ал кейбір түрлер өмір бойы бір қабатты сақтайды және жаңа кокколиттерді тек жасуша өскенде ғана шығарады, ал басқалары үздіксіз кокколиттерді өндіріп, түсіреді.

Құрамы

Кокколиттердің негізгі құрамы – кальций карбонаты, немесе борпы. Кальций карбонаты мөлдір болғандықтан, организмдердің фотосинтездік әрекетіне кокосфераға қапталғаннан кейін кедергі келтірілмейді.

Құрылу

Кокколиттер кокколитогенез деп аталатын биоминерализация процесі арқылы түзіледі. Биоминерализация процесі әлі толық түсінілмегенімен, кальций сигналдауы арқылы қатаң реттеледі. Кальцит түзілуі Гольги аппаратында басталады, онда ақуыз қалыптары CaCO3 кристалдарының түзілуін бастайды, ал күрделі қышқыл полисахаридтер осы кристалдардың пішіні мен өсуін бақылайды. Әрбір қабықша түзілген кезде ол Гольги аппаратынан шыққан көпіршікте экспортталып, кокосфераның ішкі бетіне қосылады. Бұл ең соңғы түзілген кокколиттер ескірек кокколиттердің астында болуы мүмкін дегенді білдіреді. Фитопланктонның өмірлік циклының сатысына байланысты екі түрлі кокколит түзілуі мүмкін. Голококколиттер тек гаплоидты фазада ғана түзіледі, радиалды симметриясы жоқ және жүздегеннен мыңдағанға дейін ұқсас кішкентай (шамамен 0,1 мкм) ромбы пішіндес кальцит кристалдарынан тұрады. Бұл кристалдар жасушадан тыс жерде қалыптасады деп есептеледі. Гетерококколиттер тек диплоидты фазада кездеседі, радиалды симметрияға ие және салыстырмалы түрде аз күрделі кристалл бірліктерінен (100-ден аз) тұрады. Олар сирек кездесетін болса да, холококколиттер мен гетерококколиттерден тұратын комбинациялық кокосфералар планктонның кокколитофорлардың өмірлік циклының өзгеруін тіркеп алады. Соңында, кейбір түрлердің кокосфералары арнайы кокколиттерден жасалған әртүрлі қосымшалармен айтарлықтай өзгертілген. Организмнің кальций карбонатын бикарбонат ерітіндісінен жауын-шашын түрінде шығаруы тікелей балдырдың жасушалық денесінде еркін көмірқышқыл газын шығарады, бұл қосымша газ көзі кокколитофорға фотосинтез үшін қол жетімді болады. Бұл экзоскелеттер энергия өндіруде де артықшылықты қамтамасыз етуі мүмкін, себебі кокколитогенез фотосинтезбен тығыз байланысты. Олар жасушалық химияны теңіз ортасынан оқшаулау үшін жасуша қабырғасы сияқты кедергі жасауы мүмкін деген болжам бар. Кокколиттердің қорғаныс қасиеттеріне осмостық өзгерістерден, химиялық немесе механикалық соққыдан және қысқа толқынды жарықтан қорғау кіреді. Сондай-ақ, кокколиттердің көп қабаттарының қосымша салмағы организмге судың төменгі, қоректік заттарға бай қабаттарына шөгуіне мүмкіндік береді, ал керісінше, кокколиттер ұяшықты қауіпті тереңдікке батудан тоқтата отырып, суға қалу қабілетін арттырады. Кокколит қосымшалары зоопланктонның жайылуын тежеу сияқты бірнеше функцияларды атқаруы мүмкін. Оң жақтағы диаграмма кокколитофорлардың кальцификациясының энергетикалық шығындарын көрсетеді: (A) Көлік процестеріне қоршаған теңіз суынан жасушаға Ca2+ және HCO3− (қара жебелер) бастапқы кальцификация субстраттарын тасымалдау және соңғы өнім H+-ті жасушадан шығару (сұр жебе) кіреді. Кальцийді цитоплазма арқылы КВ-ға тасымалдау кальцификациямен байланысты басым шығын болып табылады. Адаптацияланған жасушалар протондық каналдарды жиірек белсендіруі керек, мембраналық потенциалын және/немесе ішкі pH-ты төмендетуі керек. Жасуша ішіндегі pH-тың төмендеуі жасушаның барлық механизмдеріне күшті әсер етеді және H+ шығарылымын сақтап қалу үшін басқа процестерді (мысалы, фотосинтезді) бейімдеуді қажет етеді. Кальцификациямен байланысты міндетті H+ шығарылымы бейімделудің негізгі шектеуін тудыруы мүмкін, бұл ұзақ уақытқа созылған (мыңжылдық) CO2 бұзылу оқиғалары кезінде "кальцификация дағдарысының" болуын түсіндіруге болады, тіпті карбонат химиясының өзгеруіне эволюциялық бейімделу бір жыл ішінде мүмкін болса да. Жалпы алғанда, тиімсіз CO2 бекітуге қабілетті RuBisCO ферменттері химиялық өзгерістерден пайда көруі мүмкін, себебі фотосинтездік көміртекті бекіту олардың целлюлоза түріндегі құрылымдық элементтердің көзі ретінде мұхиттың қышқылдануымен байланысты CO2 тыңайтқышы болуы керек. Кез келген формадағы қабық/экзоскелет фитопланктонды хищниктерден қорғайды деген болжам бойынша.

Микроқорық деректеріне әсері

Кокколит қазбалары – көзге түсетін және құнды әктасты микроқазбалар. Олар биогендік кальций карбонатының ең ірі жаһандық көзі болып табылады және жаһандық көміртек айналымына маңызды үлес қосады. Олар Довердің ақ жартастары сияқты бор шөгінділерінің негізгі құрауышы болып табылады. Ерекше қызығушылық тудыратыны – 55 миллион жыл бұрынғы палеоцен-эоцен жылулық максимумына жататын қазбалар. Осы кезең қазіргі мұхиттың жағдайына ең тікелей сәйкес келеді деп саналады. Соңында, тау жыныстарындағы коколитофорлар қазбаларының далалық мәліметтері терең теңіз қазбаларының жазбасы құрлықтағы қазбаларға әсер ететінін көрсетіп, тау жынысы жазбасының бұрмалануын дәлелдеді.

Мұхиттарға әсері

Кокколитофоридтер мұхиттардың температурасын реттеуге көмектеседі. Олар жылы теңіздерде жақсы өседі және ауаға диметил сульфидін (ДМС) бөліп шығарады, оның ядролары күн сәулесін тоқтатып, қалың бұлттардың пайда болуына жағдай жасайды. Мұхиттар салқындағанда кокколитофоридтер саны кемиді, сонымен қатар бұлттардың да саны азаяды. Күн сәулесін кем қорғайтын бұлттар азайса, температура да жоғарылайды. Осылайша, табиғаттың балансы мен тепе-теңдігі сақталады.