Emiliania huxleyi

Το είδος Emiliania huxleyi (Εμιλιάνια του Χάξλι) είναι ένα από τα περίπου 5000 διαφορετικά είδη φυτοπλαγκτού που ζουν στα ανώτερα στρώματα των ωκεανών. Ανήκει στην ομοταξία Πρυμνησιοφύκη (Prymnesiophyceae) της συνομοταξίας των Απτόφυτων (Haptophyta) και συγκεκριμένα στην οικογένεια Noëlaerhabdaceae. Πρόκειται για έναν μονοκύτταρο φωτοσυνθετικό οργανισμό, τόσο μικρό σε μέγεθος που δεν είναι ορατός με γυμνό μάτι και μετά βίας μπορεί να διακριθεί με το οπτικό μικροσκόπιο. Η λεπτομερής παρατήρησή του δεν ήταν δυνατή μέχρι την κατασκευή και χρήση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, οπότε και αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά η ιδιαίτερη ομορφιά του μικροσκοπικού αυτού οργανισμού. Η ξεχωριστή και εντυπωσιακά όμορφη εικόνα των κυττάρων E. huxleyi οφείλεται στην παρουσία ασβεστιτικών πλακών που περιβάλλουν την εξωτερική επιφάνεια των κυττάρων. Αυτές οι ασβεστιτικές πλάκες, γνωστές ως κοκκόλιθοι, αποτελούνται από μικροσκοπικούς αλλά εντυπωσιακά περίτεχνους κρυστάλλους ανθρακικού ασβεστίου που παράγονται από τα ίδια τα κύτταρα.

 Τα είδη του φυτοπλαγκτού που παράγουν κοκκόλιθους ονομάζονται κοκκολιθοφόρα. Το E. huxleyi είναι με διαφορά το αφθονότερο κοκκολιθοφόρο σε παγκόσμια κλίμακα και είναι ευρύτατα διαδεδομένο στους ωκεανούς όλου του κόσμου, από τις ζεστές τροπικές μέχρι τις υποαρκτικές θάλασσες, με εξαίρεση μόνο τις πολικές θάλασσες. Όπως όλα τα είδη κοκκολιθοφόρων, έτσι και το E. huxleyi περιορίζεται στο ανώτερο τμήμα της στήλης του νερού όπου το φως καθιστά δυνατή τη φωτοσύνθεση. Το βάθος αυτής της ζώνης ποικίλει ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν στον ωκεανό, όμως κατά κανόνα το E. huxleyi εμφανίζεται μόνο στα επάνω 50-100m της υδάτινης στήλης. Όταν οι συνθήκες στο νερό είναι ευνοϊκές (συνήθως κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού), ο πληθυσμός των κυττάρων E. huxleyi αυξάνεται εκρηκτικά (προκύπτουν πληθυσμοί 1-10 εκατομμυρίων κυττάρων ανά λίτρο νερού!) με αποτέλεσμα αυτός να μπορεί να καλύψει συνολικά περισσότερα από 100.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα του ωκεανού, έκταση περίπου ίση με το μέγεθος της Αγγλίας. Σε τέτοιες πληθυσμιακές εκρήξεις τα κύτταρα E. huxleyi ξεπερνούν συνήθως σε αριθμό εκείνα όλων των άλλων ειδών μαζί, αντιπροσωπεύοντας συχνά το 80-90% ή και περισσότερο του συνολικού αριθμού των κυττάρων φυτοπλαγκτού στο νερό. Τα κύτταρα συνοδεύονται από ακόμα μεγαλύτερους αριθμούς κοκκόλιθων˙ πολλοί από αυτούς παραμένουν προσκολλημένοι στα κύτταρα αλλά υπάρχουν και πολλοί (μερικές εκατοντάδες εκατομμυρίων) που επιπλέουν ελεύθεροι στην επιφάνεια του νερού. Το E. huxleyi ίσως είναι το μόνο κοκκολιθοφόρο που παράγει τόσο μεγάλο αριθμό ελεύθερων κοκκόλιθων. Εάν από την ευφωτική ζώνη οποιουδήποτε, πρακτικά, ωκεανού σε ολόκληρο τον κόσμο απομονωθεί δείγμα ενός λίτρου νερού, αυτό είναι πιθανό να περιέχει πολυάριθμα τυπικά κύτταρα E. huxleyi. Η αφθονία των κυττάρων θα ποικίλει από μερικές εκατοντάδες κυττάρων στα χαμηλής παραγωγικότητας μεσοωκεάνια νερά έως μερικά εκατομμύρια κύτταρα ανά λίτρο νερού σε νερά με πληθυσμιακές εκρήξεις. Πληθυσμιακές εκρήξεις του E. huxleyi έχουν παρατηρηθεί σε περιοχές όπως ο Βόρειος Ατλαντικός, οι θάλασσες δυτικά της Βρετανίας, η Βόρειος και η Μαύρη Θάλασσα και κυρίως στα νορβηγικά φιόρδ, όπως το Φιόρδ του Όσλο. Οι πληθυσμιακές εκρήξεις του E. huxleyi επιφέρουν μια αξιοσημείωτη αλλαγή στο χρώμα του νερού το οποίο μετατρέπεται σε γαλακτώδες λευκό ή/και τιρκουάζ, σε αντίθεση με τα πράσινα ή κόκκινα νερά που δίνουν άλλα είδη φυτοπλαγκτού. Πιο συγκεκριμένα, υπεύθυνοι για τα «λευκά νερά» που εμφανίζονται περιστασιακά στους ωκεανούς είναι οι κοκκόλιθοι (όχι τα κύτταρα από μόνα τους) οι οποίοι συμπεριφέρονται σαν μικροσκοπικοί καθρέφτες που αιωρούνται στο νερό. Όταν αυτοί υπάρχουν στο νερό σε τεράστιες συγκεντρώσεις, «αναγκάζουν» μαζικά ένα σημαντικό ποσό της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας να αντανακλαστεί πίσω και έξω από το νερό. Τα νερά που περιέχουν μεγάλες ποσότητες κοκκόλιθων έχουν περίπου την ίδια εικόνα με νερό στο οποίο θα προσθέταμε σάκους με χρυσόσκονη ή παγιέτες. Οι πληθυσμιακές εκρήξεις του E. huxleyi είναι ορατές από τα διαστημόπλοια και τους δορυφόρους σαν μεγάλες περιοχές νερού υψηλής ανακλαστικότητας. Οι εικόνες που λαμβάνουμε από τους δορυφόρους αποτελούν μια εξαιρετικά σημαντική πηγή πληροφοριών για τη βιογεωγραφία του E. huxleyi και χάρη σ’ αυτές γνωρίζουμε περισσότερα για την κατανομή των πληθυσμιακών εκρήξεων του E. huxleyi παρά για αυτή άλλων ειδών. Το φως που αντανακλάται από το σύνολο των κοκκόλιθων αποτυπώνεται στις φωτογραφίες των δορυφόρων οι οποίες μας παρέχουν μια υψηλής ευκρίνειας απεικόνιση της συνολικής εξάπλωσης της πληθυσμιακής έκρηξης αυτού και μόνο του είδους. Η παγκόσμια κατανομή των άλλων ειδών, που δεν παράγουν κοκκόλιθους για να παρατηρηθούν από τους δορυφόρους, δε μπορεί να είναι γνωστή με ακρίβεια. Αν και η παρουσία μέσα στο νερό της χλωροφύλλης, για παράδειγμα, μπορεί επίσης να ανιχνευθεί από τους δορυφόρους, αυτό από μόνο του δε μας παρέχει καμία πληροφορία για το είδος ή τα είδη του φυτοπλαγκτού που είναι υπεύθυνα για αυτό. Αντίθετα, η παρουσία των κοκκόλιθων ανιχνεύεται ξεχωριστά και η έκταση που καλύπτεται από το αντίστοιχο είδος μπορεί να διακριθεί με εξαιρετική λεπτομέρεια. Επειδή οι κοκκόλιθοι έχουν την ιδιότητα να ανακλούν το φως, η μαζική απελευθέρωσή τους κάνει τον ωκεανό περισσότερο ανακλαστικό, αυξάνεται δηλαδή η λευκαύγεια του ωκεανού. Έτσι, οι ισχυρές πληθυσμιακές εκρήξεις του E. huxleyi αλλάζουν τη λαμπρότητα του νερού και η αυξημένη διάχυση που προκαλείται έχει σαν αποτέλεσμα να μεταβάλλεται και το ποσό της θερμότητας που απορροφάται από την αντίστοιχη περιοχή του ωκεανού. Επειδή η παραγωγή ανθρακικού ασβεστίου για το σχηματισμό των κοκκόλιθων απελευθερώνει CO2, το E. huxleyi λειτουργεί σαν μία καθαρή πηγή άνθρακα. Είναι όμως εξ ορισμού ένα είδος που φωτοσυνθέτει, άρα χρησιμοποιεί ενέργεια από τον ήλιο και CO2 από την ατμόσφαιρα για να συνθέσει οργανικές ενώσεις. Κατά συνέπεια λειτουργεί και ως δεξαμενή (απορρόφησης) άνθρακα. Η ισορροπία ανάμεσα σε αυτές τις δύο δυναμικές διαδικασίες καθορίζει κατά πόσο το E. huxleyi λειτουργεί συνολικά σαν πηγή ή σαν δεξαμενή άνθρακα, κάτι που έχει πολύπλοκες επιδράσεις στον κύκλο του άνθρακα, ειδικότερα όταν έχουμε μαζικές πληθυσμιακές εκρήξεις. Όταν τα κύτταρα E. huxleyi πεθαίνουν, οι κοκκόλιθοι τα ωθούν προς τον πυθμένα του ωκεανού. Αυτό μπορεί να έχει ιδιαίτερα δραματικές συνέπειες στην περίπτωση που ένας ιός προσβάλει και σαρώσει έναν τεράστιο πληθυσμό E. huxleyi (εκεί όπου έχει συμβεί πληθυσμιακή έκρηξη), σκοτώνοντας τεράστιους αριθμούς E. huxleyi και αφήνοντας τους εξωσκελετούς τους να βυθιστούν. Οι εξωσκελετοί συσσωρεύονται, στοιβάζονται ο ένας επάνω στον άλλον και τελικά συμπιέζονται σχηματίζοντας ασβεστόλιθους. Με την πάροδο του χρόνου, και κάτω από την επίδραση διάφορων γεωλογικών διαδικασιών, τα ασβεστολιθικά πετρώματα δίνουν εξαιρετικά εντυπωσιακούς σχηματισμούς. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν οι φημισμένοι Λευκοί Βράχοι του Dover και οι απότομοι ασβεστολιθικοί βράχοι στο νησί Rügen της Γερμανίας. Η αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 στην ατμόσφαιρα τα τελευταία χρόνια, πέρα από τις γνωστές αρνητικές επιπτώσεις που έχει στο κλίμα της γης, φαίνεται να αποτελεί σοβαρή απειλή για το E. huxleyi αλλά και γενικότερα για όλους τους θαλάσσιους οργανισμούς που σχηματίζουν ασβεστολιθικά κελύφη. Οι θάλασσες και οι ωκεανοί έχουν την ικανότητα να απορροφούν ένα μεγάλο μέρος του CO2 της ατμόσφαιρας, το οποίο με τη διάλυσή του στο νερό παράγει ανθρακικό οξύ. Η αύξηση λοιπόν του CO2 αυξάνει αναλόγως και τα επίπεδα του ανθρακικού οξέος στο νερό, με αποτέλεσμα να μειώνεται το pH. Αυτό το πρόβλημα της αύξησης της οξύτητας των θαλασσών, γνωστό και ως οξίνιση των ωκεανών, επηρεάζει τη διαδικασία ενασβέστωσης, δηλαδή την ικανότητα των οργανισμών να δεσμεύουν ασβέστιο για την κατασκευή των σκελετών και κελυφών τους. Έτσι και στο E. huxleyi, επηρεάζεται η διαδικασία σύνθεσης ανθρακικού ασβεστίου και ο σχηματισμός των κοκκόλιθων, κάτι που ενδέχεται να θέσει σε σοβαρό κίνδυνο τη ξεχωριστή αυτή μορφή ζωής τα επόμενα χρόνια και για όσο συνεχίζουν να αυξάνονται οι εκπομπές CO2 στην ατμόσφαιρα. https://web.archive.org/web/20150706170010/http://www.awi.de/ http://www.dailymail.co.uk/news/article-2114912/White-Cliffs-Dover-Thousands-tons-chalk-crash-sea-large-section-collapses.html https://web.archive.org/web/20160307215421/http://www.helmepacadets.gr/files/acidification_cadets.pdf https://web.archive.org/web/20131126083225/http://inspiringscience.net/2013/06/28/the-pan-genome-of-emiliania-huxleyi/ http://www.nhm.ac.uk/nature-online/species-of-the-day/biodiversity/climate-change/emiliania-huxleyi/index.html https://web.archive.org/web/20141121171417/http://www.soes.soton.ac.uk/staff/tt/