Toitainete omastamine

Esmalt kaks üliolulist kontseptsiooni: 'top-down' ja 'bottom-up' regulatsioon

- Toitainete kättesaadavus on põhiline füsioloogiline raku tasemel regulatsioonimehhanism (bottom up)
  - mida parem on toitainete kättesaadavus, seda suurem on fütoplanktoni produktsioon, seda kõrgemaks võib minna (aga ei pruugi) fütoplanktoni biomass.
- Tekkivat biomassi reguleerib taas toiduahel (top down)
  - toitainete kättesaadavusest tuleneda võiva biomassi suurenemise võivad nullida herbivoorid. Kui herbivooria suureneb paralleelselt produktsiooni suurenemisega, siis biomassi juurde ei tule, vetikaõitsenguid ei teki

Tõele au andes reguleerib fütoplanktoni koosluse struktuuri veel kolmas suur tegur -- see on keemiline sõda ehk allelopaatia liikide vahel. See ei ole seotud eutrofeerumisega ja sellest teatakse väga vähe. Kuid teame, et see on olemas -- rakud sünteesivad keemilisi ühendeid mis on kahjulikud/mürgised herbivooridele, aga ka selliseid mis pärsivad konkurentide elutegevust (allelopaatia).

Fütoplankterid vajavad fotosünteesiks nelja olulist makro toitainet:

NH4, NO3, PO4, SiO2 ja viit mikro elementi: Fe, Cu, Zn, Mn, Mo.

Räni vajavad suurte kogustes ainult ränivetikad, vähem ka koldvetikad.

Ammoonium ja nitraat on mõlemad lämmastiku allikad. Termodünaamiliselt peaksid vetikad eelistama ammooniumi, kuid mitte kõik liigid ei suuda veest ammooniumi omastada.

Ookeanis on suured alad, kus Fe limiteerib fütoplanktoni produktsiooni. Muud mikroelemendid teadaolevalt ei limiteeri fütoplanktonit mitte kusagil.

Toitainete omastamise/rakkude kasvukiirus kiirus on hüperboolne funktsioon toitaine kontsentratsioonist. Kaks olulist parameetrit: Vmax ja Ks. Mida kõrgem on Ks, seda vähem suudab rakk omastada toitaineid madalal kontsentratsioonil.

See kõver ja valem tulenevad otseselt biokeemiast -- Michaelis-Menteni kineetika, ehk Monod võrrand.

Ks määrab, milline liik antud toitainetekontsentratsioonil domineerima pääseb (tasakaaluseisundis)

Üldjuhul, kui toitainete omastamine suureneb, suureneb ka kasvukiirus. Pikas perspektiivis on toitainete omastamine ja kasvukiirus tasakaalus.
Lühemas ajaskaalas ei ole need aga võrdsed - võib esineda rakusiseste varude moodustamist ja hiljem nende varude arvel kasvu.
Sarnaselt toitainete omastamise kiirusele, kasvab ka populatsiooni tihedus vastavalt toitainete kontsentratsiooni tõususle, kuni saabub küllastatus -- s.o. toitainete kontsentratsioon, kus toitainete edasine lisamine populatsioonitihedust ei suurenda -- keskkonna mahutavus.

Antud toitainete kättesaadavuse juures mõjutab fotosüntessi ka valguse intensiivsus
Kui valguse intensiivsus väheneb, langeb ka fotosüntess ja hapniku tootmine. Samal ajal respiratsioon jääb samaks. Kui valgus veelgi langeb ületab respiratsioon fotosünteesi ja hapniku tarbitakse keskkonnast. Suure biomassi korral võib see viia öise hüpoksiani või äärmusjuhtudel koguni anoksiani, samas kui päeval võib esineda hapniku üleküllastatust.
Eutrofeerumise primaarne effekt: fütoplanktoni produktsiooni ja biomassi suurenemine.
Sekunaarsed mõjud -- toiduahela struktuuri muutused, muutused zooplanktoni koosluses ja fütoplanktoni regulatsioon toiduahela kaudu. Aga ka anaeroobsed põhjakihid, järvede kinnikasvamine, kalade suremine -- kõik need on eutrofeerumise sekundaarsed tagajärjed.

Mõtisklus
Miks on vetikatel 'kasulikum' omastada redutseerunud mineraalset lämmastikuvormi, ehk ammooniumi? Võrreldes oksüdeerunid nitraadiga?
Kuigi kõik vetikad suudavad omastada veest nitraati, on esimene asi mis nitraadiga rakusiseselt tehakse -- see redutseeritakse ammooniumiks. Ning see protsess kulutab energiat. Kui vetikas omastab juba ammooniumi, on see puhas energeetiline võit.
« Eelmine | Järgmine »

© 2009 Kalle Olli