Φυτοπλαγκτόν

Ο όρος φυτοπλαγκτόν (ή φυτοπλαγκτό) προέρχεται από τις λέξεις «φυτό» και «πλαγκτός» που σημαίνει ταξιδευτής-περιπλανώμενος. Περιλαμβάνει όλους τους φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς (τόσο προκαρυωτικούς - Κυανοβακτήρια- όσο και ευκαρυωτικούς) που είναι προσαρμοσμένοι να ζουν αιωρούμενοι σε επιφανειακά ύδατα λιμνών, ποταμών και ωκεανών . Ως φυτοπλαγκτόν, ορίζονται οι μονοκύτταροι οργανισμοί διαφόρων διαστάσεων οι οποίοι φωτοσυνθέτουν. Το φυτoπλαγκτόν έχει την τάση να κατανέμεται με ακανόνιστη, μωσαϊκού τύπου κατανομή. Η μωσαϊκή κατανομή μπορεί να προκληθεί από αβιοτικούς παράγοντες όπως στρόβιλοι, μέτωπα και δίνες ή από βιοτικούς όπως η βόσκηση, η κατακόρυφη μετανάστευση και το θαλάσσιο «χιόνι». Κύριες πλαγκτονικές μεγακοινότητες υπάρχουν στον Ειρηνικό ωκεανό και συνδέονται με τα κύρια συστήματα στροβίλων. Αν και μονοκύτταροι, οι οργανισμοί του φυτοπλαγκτού δεν είναι απαραίτητα απλοί οργανισμοί. Παρουσιάζουν ποικίλη μορφολογική και λειτουργική ποικιλότητα και ποικίλες στρατηγικές προσαρμογής. Θεωρείται ότι υπάρχουν περίπου 5000 είδη θαλάσσιου φυτοπλαγκτού, τα οποία προέρχονται από απομακρυσμένες φυλογενετικές ομάδες.

 Οι πλουσιότερες σε είδη ομάδες του φυτοπλαγκτού είναι: Κυανοβακτήρια Χλωροφύκη Διάτομα Δινομαστιγωτά Απτόφυτα Χρυσοφύκη ΚρυπτομονάδεςΤο φυτοπλαγκτόν κατηγοριοποιείται σύμφωνα με το μέγεθος των οργανισμών σε: Πίκο-φυτοπλαγκτόν (0,2-2 μm) – μερικά κυανοβακτήρια Νάνο-φυτοπλαγκτόν (2-20 μm) – ευκαρυωτικά είδη και κυανοβακτήρια Μίκρο-φυτοπλαγκτόν (20-200 μm) – τα πλαγκτικά φύκη που είναι αρκετά μεγάλα ώστε να κατακρατηθούν από το πλέγμα ενός τυπικού δικτύου συλλογής φυτοπλαγκτού (π.χ. Διάτομα, Δινομαστιγωτά) Μέσο-φυτοπλαγκτόν (0,2-2 mm) Μάκρο-φυτοπλαγκτόν (2-20 mm) Το φυτοπλαγκτόν συμμετέχει σε πολλές σημαντικές οικολογικές διεργασίες των υδάτινων οικοσυστημάτων και επηρεάζει τον άνθρωπο κατά ποικίλους τρόπους. Η πρωτογενής παραγωγικότητα της θάλασσας προέρχεται κατά ποσοστό περίπου 95% από το φυτοπλαγκτόν ενώ (αυτό) πραγματοποιεί σχεδόν όλη τη φωτοσύνθεση στον ανοιχτό ωκεανό, είναι υπεύθυνο για το μισό της παγκόσμιας πρωτογενούς παραγωγής και παράγει το μισό οξυγόνο της ατμόσφαιρας. Παράγοντες που καθορίζουν την πρωτογενή παραγωγικότητα της θάλασσας είναι το φως, η περιεκτικότητα σε θρεπτικά και ένας σύνθετος παράγοντας που χαρακτηρίζεται ως υδρογραφία και περιλαμβάνει όλους τους παράγοντες που προκαλούν τη μετακίνηση των θαλάσσιων μαζών. Το φυτοπλαγκτόν αποτελεί τη βάση των θαλάσσιων τροφικών πλεγμάτων. Σύμφωνα με την έννοια του μικροβιακού βρόγχου, οι κυρίαρχοι φωτοσυνθέτοντες οργανισμοί είναι το νανοπλαγκτόν (Κοκκολιθοφόρα) και το πικοπλαγκτόν (Κυανοβακτήρια). Αυτοί καταναλώνονται από τα Βλεφαριδοφόρα πρωτόζωα και από τα ετερότροφα Νανομαστιγοφόρα τα οποία, στη συνέχεια, καταναλώνονται από το μεγαλύτερο ζωοπλαγκτόν. Τμήμα του οργανικού άνθρακα που δεσμεύεται από αυτούς τους μικροσκοπικούς οργανισμούς «διαρρέει» ως οργανική ύλη η οποία προσλαμβάνεται από το βακτηριοπλαγκτόν που με τη σειρά του καταναλώνεται από τα ετερότροφα Νανομαστιγοφόρα. Ορισμένα Δινομαστιγωτά έχουν μη κινούμενα στάδια, τις ζωοξανθέλλες, οι οποίες ζουν συμβιωτικά στους ιστούς πολλών ασπόνδυλων όπως τα κοράλλια, θαλάσσιες ανεμώνες και γιγαντιαία Δίθυρα. Κάποια Δινομαστιγωτά, όπως η Noctiluca, εκπέμπουν έντονο βιοφωτισμό (bioluminescence) και, όταν βρίσκονται σε μεγάλες συγκεντρώσεις, φωτίζουν τα απόνερα των πλοίων και τα κύματα που σπάνε στην παραλία, ένα φαινόμενο που είναι πολύ εντυπωσιακό . Οι ανθίσεις του φυτοπλαγκτού είναι γεγονότα ραγδαίας πληθυσμιακής έκρηξης και συσσώρευσης πλαγκτονικής βιομάζας στα ρηχά νερά υδάτινων οικοσυστημάτων. Τα αίτια τους μπορεί να είναι φυσικά, όπως τα ρεύματα, η παλίρροια, ο άνεμος, θερμοκρασία και οι βροχοπτώσεις και ως εκ τούτου συχνά χαρακτηρίζονται από εποχικότητα και είναι σύντομα σε διάρκεια. Ειδικότερα, η κλιματική αλλαγή που οδηγεί σε αλλαγές στις θερμοκρασίες και το πρότυπο των βροχοπτώσεων φαίνεται από πειραματικά δεδομένα να έχει πολλαπλές επιδράσεις, οι οποίες εξαρτώνται από την δυναμική και την σύνθεση ειδών των πληθυσμών του φυτοπλαγκτού. Άλλες έρευνες υποστηρίζουν ότι ο μικρός ρυθμός ανακύκλωσης των υδάτων στις περιοχές των ανθίσεων επηρεάζει την σύνθεση των ειδών και τον ανταγωνισμό τους για φως και προβλέπουν πως η ποικιλότητα των ειδών σε αυτά τα ευτροφικά οικοσυστήματα θα είναι μικρή. Από την άλλη είναι αποδεδειγμένο ότι ανθρωπογενείς παράγοντες, όπως η ρίψη λιπασμάτων και απορρυπαντικών, συμβάλλουν στην εμφάνιση ανθίσεων καθώς προκαλούν τον κορεσμό των υδάτων σε φώσφορο και νιτρικά ιόντα. Οι πληθυσμιακές αυτές εκρήξεις, συχνά αποκαλούμενες και επιπολασμοί, προκύπτουν συχνότερα από Κυανοβακτήρια και Δινομαστιγωτά και περιγράφονται ως “πράσινες ανθίσεις” και “ερυθρές παλίρροιες” αντίστοιχα. Μερικά από τα κοινά γένη Κυανοβακτηρίων που συγκροτούν τις ανθίσεις είναι τα Trichodesimium και Microcystis, ενώ τα γένη των Δινομαστιγωτών Alexandrium και Karenia προκαλούν ανθίσεις οι οποίες μάλιστα παρουσιάζουν τοξικότητα, λόγω των μπρεβοτοξινών, σιγκουατοξινών και σαξιτοξινών που παράγουν οι οργανισμοί αυτοί. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με παλαιότερες έρευνες ανθίσεις του δινομαστιγωτού Dinophysis έχουν εντοπιστεί σε ελληνικά παράκτια ύδατα, όπως ο Θερμαικός κόλπος, ενώ στις λίμνες Λυσιμάχια και Τριχωνίδα έχει εντοπιστεί το σπάνιο είδος Aphanizomenon ovalisporum. Βέβαια, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι η τοξικότητα των ανθίσεων φυτοπλαγκτού είναι μια συνάρτηση με πολλαπλά μεταβαλλόμενες παραμέτρους και, ως εκ τούτου, ένα είδος τοξικό σε κάποιο υδάτινο οικοσύστημα μπορεί να είναι φυσιολογικό σε κάποιο άλλο και οι λόγοι για το γεγονός αυτό δεν είναι ξεκάθαροι, πιθανόν να αφορούν το μικροπεριβάλλον ανάπτυξης και τις αλληλεπιδράσεις με άλλα είδη. Η οικολογική σημασία των ανθίσεων φυτοπλαγκτού είναι μεγάλη, κυρίως για τον αντίκτυπο που έχει στα οικοσυστήματα και στον άνθρωπο. Η συσσωρευμένη βιομάζα και ακόμη περισσότερο η τοξικότητα της επηρεάζει ψάρια, θαλάσσια θηλαστικά και θαλάσσιες χελώνες, επηρεάζοντας την διατροφή τους και συχνά επιβραδύνοντας την ανάπτυξη τους και αυξάνοντας την θνησιμότητα τους, λόγω έκθεσης στις νευροτοξίνες που παράγονται ή λόγω της ανοξίας των υδάτων που προκύπτει. Ιδιαίτερο γνώρισμα της φυτοπλαγκτονικής κοινότητας είναι το “παράδοξο του πλαγκτού”, όπου ένας σημαντικός αριθμός ειδών (>30) συνυπάρχει σε ένα μικρό όγκο νερού (<1). Το θέμα αυτό αντιβαίνει την “αρχή της ανταγωνιστικής εξαίρεσης” των ειδών. Η κύρια απάντηση στη διατήρηση υψηλής ποικιλότητας βρίσκεται στο γεγονός ότι οι συνθήκες στην “κατοικία” του πλαγκτού δεν είναι ούτε σταθερές ούτε ιδανικές για ένα είδος. Τα πλεονεκτήματα που αποκτούνται από τον ανταγωνισμό μεταβάλλονται γρήγορα από το ένα είδος στο άλλο, προτού το πιο ανταγωνιστικό έχει την ευκαιρία να αντικαταστήσει το προηγούμενο από αυτό. Οι κύριοι παράγοντες αύξησης του φυτοπλαγκτού είναι το φως, η θερμοκρασία, η ανάμειξη της στήλης, τα θρεπτικά (νιτρικά και φωσφορικά άλατα), ενώ παράγοντες απωλειών είναι ο ανταγωνισμός, η βόσκηση, η θήρευση, ο παρασιτισμός και η αλληλοπάθεια. Μεταβολές στη σύνθεση και αφθονία του φυτοπλαγκτού παρατηρούνται στο χώρο και χρόνο ενώ η κατανομή του κάθε είδους του φυτοπλαγκτού ποικίλει και με το βάθος. Η εποχιακή μεταβολή της σύνθεσης των ειδών του φυτοπλαγκτού χαρακτηρίζεται ως εποχική διαδοχή. Κατά την εποχική διαδοχή, ένα ή περισσότερα είδη Διατόμων, Δινομαστιγωτών ή Κοκκολιθοφόρων επικρατούν στο φυτοπλαγκτό για μια μικρότερη ή μεγαλύτερη περίοδο, και στη συνέχεια αντικαθίστανται από ένα άλλο σύνολο ειδών. Το πρότυπο αυτό επαναλαμβάνεται κάθε χρόνο. Η διαδοχή αυτή διαφέρει από την τυπική οικολογική διαδοχή των χερσαίων οικοσυστημάτων κατά την οποία διάφορες συγκεντρώσεις φυτών αντικαθιστούν η μια την άλλη μέχρι να αναπτυχθεί τελικά μια “καταληκτική”, όπως ονομάζεται βιοκοινωνία, η οποία διατηρείται στο χρόνο. Οι λόγοι στους οποίους οφείλεται αυτή η διαδοχή περιλαμβάνουν μεταβολές στη θερμοκρασία, του επιπέδου των θρεπτικών και βιολογική ρύθμιση του νερού. Οι κλιματικές συνθήκες του πλανήτη επηρεάζουν τις κοινωνίες του φυτοπλαγκτού, ενώ ταυτόχρονα το φυτοπλαγκτόν εδώ και εκατομμύρια χρόνια συμβάλλει στους βιογεωχημικούς κύκλους βιογεωχημικούς κύκλους της γης. Η αμφίδρομη αυτή σχέση φαίνεται πως τα τελευταία χρόνια διαταράσσεται λόγω των έντονων κλιματικών αλλαγών, όπως το αυξημένο CO2 της ατμόσφαιρας και η τρύπα του όζοντος. Η αύξηση του ατμοσφαιρικού CO2 έχει αντίκτυπο στα θαλάσσια ύδατα, αυξάνοντας τη συγκέντρωση του διαλυτού στο νερό CO2. Το γεγονός αυτό μπορεί να επηρεάσει την δέσμευση άνθρακα από διάφορα φυτοπλαγκτονικά είδη, ενώ σε επίπεδο οικοσυστήματος μπορεί να επηρεάσει την σύνθεση και κατανομή πληθυσμών φυτοπλαγκτού, ευνοώντας συγκεκριμένα είδη. Μια από τις άμεσες συνέπειες της αυξημένης συγκέντρωσης διαλυτού CO2 είναι και η μείωση του pH των υδάτων, γεγονός που φαίνεται με τη σειρά του να επηρεάζει την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Το ιδανικό pH ανάπτυξης σε εργαστηριακές συνθήκες είναι στο εύρος 6.3 και 10 και ακόμη και ελάχιστες αλλαγές στο pH φαίνεται να είναι κρίσιμες για κάποια είδη ενώ για άλλα όχι. Τέλος, μια ακόμη περιβαλλοντική αλλαγή, η αύξηση της ακτινοβολίας UV που φτάνει στη γη από τον ήλιο λόγω της τρύπας του όζοντος στη στρατόσφαιρα, έχει αποδειχθεί πειραματικά να αναστέλλει την φωτοσύνθεση του φυτοπλαγκτού. Το φυτοπλαγκτόν, όπως και τα φύκη γενικότερα, χρησιμοποιείται ευρέως από τον άνθρωπο σε ποικίλες εφαρμογές, όπως στη διατροφή, στην παραγωγή φαρμακευτικών ουσιών και ως περιβαλλοντικοί και παλαιοντολογικοί δείκτες. Κλασσικό παράδειγμα χρήσης του φυτοπλαγκτού ως διατροφικό συμπλήρωμα αποτελεί το Κυανοβακτήριο Spirulina (Arthrospira) Σπιρουλίνα, το οποίο παράγει υψηλές ποσότητες β-καροτίνης, βιταμινών Β και μη κορεσμένων λιπαρών οξέων και, ως εκ τούτου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συμπλήρωμα διατροφής σε υποσιτιζόμενους πληθυσμούς. Άλλα είδη φυτοπλαγκτού που καλλιεργούνται με σκοπό την μαζική παραγωγή ουσιών ως συμπληρώματα διατροφής είναι το Χλωροφύκος Dunalliela, το Διάτομο Phaetodactylum tricornutum και το μαστιγοφόρο Χλωροφύκος Haematococcus. Διάφοροι τύποι πλαγκτονικών φυκών αποτελούν πηγές ουσιών με πιθανές αντιμικροβιακές και αντικαρκινικές ιδιότητες, καθώς και άλλες φαρμακευτικές ενώσεις. Η ταυτοποίηση και ο έλεγχος των θεραπευτικών ιδιοτήτων των ουσιών αυτών γίνεται πρώτα πειραματικά, με δοκιμές σε καλλιέργειες ζωικών κυττάρων και πολλές τέτοιες μελέτες έχουν δείξει ότι τα σουλφολιπίδια και άλλες ενώσεις ορισμένων Κυανοβακτηρίων έχουν δραστικότητα έναντι του ιού του έρπητα, του ιού της πνευμονίας καθώς και του HIV. Σύμφωνα με άλλες έρευνες, τα Κυανοβακτήρια Tolypothrix και Scytonema παράγουν την τολυτοξίνη, η οποία φαίνεται να έχει αντιμυκητιακές ιδιότητες, ενώ τα αουλιρίδια B και C που παράγονται από το είδος Lyngbya majuscule έχουν δραστικότητα έναντι του ανθρώπινου καρκίνου του πνεύμονα και του νευροβλαστώματος ποντικών. Πολλά φύκη χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο σε βιοαναλύσεις για τον έλεγχο θρεπτικών και τοξικών ουσιών των υδάτων και μεταξύ αυτών χρησιμοποιούνται διάφορα πλαγκτονικά είδη όπως το μονοκύτταρο Χλωροφύκος Selenastrum capricornutum. Στις μεθόδους βιοανάλυσης, οι οργανισμοί που χρησιμοποιούνται καλλιεργούνται προς ανάπτυξη σε δείγματα νερού και μετά από κάποιο διάστημα μετράται μικροσκοπικά ή φασματοφωτομετρικά η αύξηση τους, η οποία θεωρείται σχετική με τις ποσότητες θρεπτικών και τοξινών που υπάρχουν στο νερό. Η χρήση πολλών φυτοπλαγκτονικών ειδών ως παλαιοντολογικοί δείκτες βασίζεται στο γεγονός ότι με το πέρας του βιολογικού τους κύκλου πολλά υπολείμματα τους ανθεκτικά στην αποικοδόμηση εναποτίθενται σε ιζήματα ωκεανών ή λιμνών, οπότε σταδιακά στοιβάζονται κατά στρώσεις. Τέτοια υπολείμματα είναι τα τοιχώματα Χρυσοφυκών και Διατόμων, οι ενασβεστωμένες φολίδες κοκκολιθοφόρων, οι πυριοτιωμένοι σκελετοί πυριτιομαστιγωτών και οι κύστεις των Δινομαστιγωτών. Η μελέτη τους δίνει χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τις οικολογικές συνθήκες και τις περιβαλλοντικές μεταβολές του παρελθόντος, ενώ χρησιμοποιούνται και στην χρονολόγηση απολιθωμάτων άλλων ειδών. Πρόσφατα, τα φύκη έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται ως βιοκαύσιμα και μπορούν δυνητικά να αποτελέσουν μια αειφόρο πηγή ενέργειας, μια ιδιότητα που αναφέρεται και σε πολλά είδη φυτοπλαγκτού. Η παραγωγή βιοκαυσίμων μπορεί να γίνει με ζύμωση της βιομάζας, με εκχύλιση των λιπιδίων τους ή με συστήματα παραγωγής υδρογόνου. Τα πλούσια σε κυτταρίνη κυτταρικά τοιχώματα πολλών Χλωροφυκών και η απουσία λιγνίνης λιγνίνη και μεγάλων πολυμερών από αυτά καθιστά δυνατή τη ζύμωση των υδατανθράκων προς αλκοόλη, με ευκολότερο τρόπο από τα ανώτερα φυτά. Από την άλλη, τα αποταμιευτικά λιπίδια των Διατόμων μπορούν να απομονωθούν σε μεγάλες ποσότητες από βιομηχανικής κλίμακας βιοαντιδραστήρες όπου καλλιεργούνται. Ένα κοινό Χλωροφύκος του γλυκού νερού, το Botryococcus braunii παράγει επίσης μεγάλα ποσά λιπιδίων, τα οποία εκκρίνονται από τα κύτταρα στους μεσοκυττάριους χώρους της αποικίας, καθώς και υδρογονάνθρακες. Τέλος, τα λιγότερο ανεπτυγμένα συστήματα παραγωγής υδρογόνου έχουν πολλά υποσχόμενες εφαρμογές, όπως αυτή της καύσης στις μηχανές των αυτοκινήτων. Η καύση αυτή έχει ως παραπροϊόν μόνο το νερό, ενώ τα αποθέματα υδρογόνου με τη σειρά τους απαιτούν την ηλεκτρόλυση ύδατος. Πολλά Χλωροφύκη και Κυανοβακτήρια παράγουν αέριο υδρογόνο χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια, αλλά το ζωτικό σημείο της ικανότητας αυτής είναι η ύπαρξη των υδρογενασών, ενζύμων που εμπλέκονται στο φωτοσυνθετικό σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η υδρογενάση, ωστόσο, είναι ευαίσθητη στο οξυγόνο, γεγονός που αποτελεί εμπόδιο στις εφαρμογές για παραγωγή υδρογόνου και για το λόγο αυτό γίνονται έρευνες μέσω της γενετικής μηχανικής με σκοπό την μεταβολή της ενζυμικής δομής των υδρογενασών ώστε μειωθεί η ευαισθησία τους στο οξυγόνο. Η κλασσική μέθοδος για την μελέτη του φυτοπλαγκτού είναι η χρήση μικροσκοπίου. Συνήθως χρησιμοποιούνται οπτικά μικροσκόπια, σύνθετα, ανάστροφα, συνεστιακά και φθορισμού και έτσι γίνεται ταυτοποίηση των διαφορετικών ειδών ενός δείγματος, μέσω μορφολογικών χαρακτήρων και μετράται ο αριθμός των κυττάρων. Για την ταυτοποίηση των ειδών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο φυσικός φθορισμός των φωτοσυνθετικών χρωστικών των κυττάρων που φαίνεται με τη χρήση κατάλληλων φίλτρων στο μικροσκόπιο ή εναλλακτικά μπορεί να γίνει μονιμοποίηση και χρώση των κυττάρων με φθορίζουσες χρωστικές ώστε να αναγνωριστούν είδη όμοια μορφολογικά. Μια άλλη τεχνική, χρήσιμη στον διαχωρισμό διαφορετικών τύπων φυτοπλαγκτού είναι και η κυτταρομετρία ροής, στην οποία μέσω ενός ειδικού μηχανήματος προσδιορίζεται η αφθονία ενός ξεχωριστού πληθυσμού ενός δείγματος που δεν μπορεί να διακριθεί εύκολα με συμβατικές μεθόδους μικροσκοπίας, όπως π.χ. το φωτοσυνθετικό πικοπλαγκτό. Ένας ειδικός τύπος κυτταρομετρίας ροής (FACS) χρησιμοποιεί χαρακτηριστικά αυτοφθορισμού και διάθλασης για να διαχωρίσει τους διάφορους πληθυσμούς κυττάρων. Η μελέτη του φυτοπλαγκτού τις τελευταίες δεκαετίες έχει γίνει ευκολότερη, πιο αποδοτική και ακριβής χάρη σε μοριακές μεθόδους, οι οποίες βρίσκουν εφαρμογή μεταξύ άλλων και στην ταυτοποίηση στελεχών και φυλογενετικών σχέσεων. Μερικές από τις πολύ διαδεδομένες τεχνικές είναι οι: RFLP, RAPD, AFLP, DGGE, SSCP, ηλεκτροφόρηση αλλοενζύμων και χρήση μικροδορυφορικών δεικτών. Ακόμη, νέες τεχνικές με μικρότερη ως τώρα εφαρμογή στην έρευνα του φυτοπλαγκτού, αλλά με μεγάλη χρησιμότητα είναι οι: Real-time PCR, μικροσυστοιχίες, SNPs και single-cell PCR καθώς και πολλές άλλες. Μόλις την τελευταία δεκαετία, οι εφαρμογές της γονιδιωματικής αλληλούχισης και της μεταγονιδιωματικής έχουν διευρύνει τις γνώσεις των επιστημόνων σχετικά με την οικολογία και την εξέλιξη του φυτοπλαγκτού. Μέχρι σήμερα, έχουν αλληλουχηθεί γονιδιώματα Κυανοβακτηρίων, με μέγεθος 1,8-9 Mbp, καθώς και ευκαρυωτικά γονιδιώματα φυτοπλαγκτού με μεγαλύτερα μεγέθη 12-57 Mbp. Διάφορες ερευνητικές εργασίες που χρησιμοποίησαν την ολική γονιδιωματική προσέγγιση, ανέδειξαν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την εξέλιξη του θαλάσσιου φυτοπλαγκτού, τις αποκρίσεις σε περιβαλλοντικό στρες και την ικανότητα για δημιουργία αποικιών με κυτταρική διαφοροποίηση. Επιπλέον, οι μοριακές αυτές προσεγγίσεις έχουν δώσει σημαντικά στοιχεία σχετικά με εμπορικά είδη φυτοπλαγκτού που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία φαρμάκων και καλλυντικών, καθώς και είδη που χρησιμοποιούνται στην εκτίμηση της ποιότητας των υδάτων.Μια άλλη σημαντική πτυχή της έρευνας στο φυτοπλαγκτόν αφορά τα επιβλαβή τοξικά είδη, η ανίχνευση των οποίων βασίζεται από παλιά σε συμβατικές μεθόδους μικροσκοπίας και χημικές αναλύσεις προσδιορισμού των τοξινών. Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούνται ευρέως μοριακές μέθοδοι για την ανίχνευση τοξικών ειδών σε πληθυσμούς φυτοπλαγκτού , όπως είναι η Real-time PCR και οι μικροσυστοιχίες, ενώ μεγάλη είναι η χρησιμότητα των διαδικτυακών βάσεων δεδομένων, όπως η Genebank, στις οποίες καταγράφονται γονιδιώματα τοξικών οργανισμών από αλληλούχιση, διευκολύνοντας έτσι την διαδικασία ταυτοποίησης τους.Η τηλεανίχνευση μέσω της τηλεπισκόπησης (satellite detected fluorescence/remote sensing of phytoplankton) είναι μια μέθοδος χαρακτηρισμού του φυτοπλαγκτού σε συγκεκριμένες περιοχές και διενεργείται μέσω δορυφόρων από το διάστημα ή αεροπλάνων. Βασίζεται στον φθορισμό λόγω φωτοσύνθεσης των χρωστικών πολλών ειδών φυτοπλαγκτού και είναι μια ένδειξη του φυσιολογικού προφίλ, της βιομάζας και της πρωτογενούς παραγωγής των πληθυσμών που μελετώνται. Η τηλεανίχνευση μετρά μέσω οπτικής φασματικής ραδιομετρίας την συγκέντρωση διαφόρων χρωστικών στα σημεία που το χρώμα του ωκεανού διαφέρει. Η τεχνική αυτή μπορεί να δώσει τη δυνατότητα εκτίμησης των θρεπτικών του υπό μελέτη υδάτινου οικοσυστήματος, της ικανότητας χρήσης του φωτός από το φυτοπλαγκτό, της συμβολής του στον κύκλο του άνθρακα, όπως επίσης και της αλληλεπίδρασης κλίματος και φυσιολογίας του φυτοπλαγκτού. Πλαγκτόν Βακτηριοπλαγκτόν Βιολογική ωκεανογραφία