KALLE OLLI

Artikkel on avaldatud ajakirjas Sirp.

Planktoni arvele langeb ligi pool biosfääri fotosünteesist ja hapniku toodangust.

Plankton on inimesele sageli midagi raskestihoomatavat. Seda põhjusel, et plankton koosneb organismidest, mis enamasti, aga mitte alati, on liiga väikesed, et palja silmaga näha. Otsese visuaali ja käegakatsutavuse puudumine tekitab tunnetusliku barjääri. See barjäär eristab planktonit karismaatilistest silmaga nähtavatest organismidest, nagu linnud, imetajad, maismaataimed.

Ometi on plankton üks neist nähtustest, mis mõjutavad meie igapäeva eluolu ning mille olemus võiks seetõttu huvi pakkuda. Näiteks langeb planktoni arvele ligi pool biosfääri fotosünteesist ja hapniku toodangust, samuti ka süsihappegaasi sidumisest. Nagu rohelised taimed maismaal, on taimne ehk fütoplankton maailmamere toiduahela aluseks. See on toiduahel, millel põhineb kalandus, ning mis tipneb haide ja vaaladega.

Ookean katab umbes 71% Maa pindalast, jättes maismaale alla 30%. Sellele lisaks on planktiline elukeskkond kolmemõõtmeline. Ookeani keskmine sügavus on 3800 m ja kuigi pinnakiht on tihedamini asustatud ja ainus võimalik elupaik fütoplanktonile, leidub planktonit kõigis ookeani kihtides. Võrdluseks, maismaa keskmine kõrgus merepinnast on ainult 840 meetrit. Ehk kui buldooseriga maismaa siledaks hööveldada, elaksime 840 m kõrgusel platool. Kui kogu planeedi pind siledaks hööveldada, kataks maapinda aga ühtlane 2440 m sügavune ookeanivee kiht. Plankton rõõmustaks!

Inimene on maismaa asukas. Kõik, mis on ja toimub maismaal, on meile lähedasem – füüsiliselt ja emotsionaalselt. Ookean on suur, aga kauge. Väärkujutelm, et kõik, mis seal toimub, puutub meisse vähe, on kerge tekkima.

Mikroorganismid merevees

Läänemere fütoplankton kevadel. Pildi suurendamisel on näha ka skaala - pildi laius reaalses maailmas on ca 0,5 mm. Juuksekarva paksus on ca viiendik pildi laiusest.	Zoo­planktoni moodutavate organismide suurused jäävad vahemikku 50–2000 μm.

Definitsiooni järgi on plankton vees vabalt hõljuv organismide rühm, mis ei suuda ujuda vastu veevoolu või hoovusi. Tüüpiliselt tähendab see väga väikseid mõõtmeid: planktilise bakteriraku läbimõõt on suurusjärgus 1 μm, viirusel 0,1 μm, fütoplanktonil 3–200 μm, zoo­planktonil 50–2000 μm. Suured, kuni mitme meetri pikkuste kombitsatega meduusid kuuluvad samuti planktoni hulka. Meduusid küll ujuvad, kuid liiga aeglaselt, et hoovustele vastu saada. Paljud mikroskoopilised planktonirakud ujuvad viburite abil aktiivselt ning oma rakusuuruse kohta ujuvad nad kohati väga kiiresti, kuid seda on ikkagi vähe, et vastu astuda hoovustele või veekeeristele.

Kuigi ookeanivesi paistab enamasti selge ja läbipaistev, on see täis mikroskoopilisi, väga kiire elutsükliga planktoni organisme. Näiteks baktereid on pindmises veekihis suurusjärgus 3–6 miljonit rakku milliliitris, viirusi suurusjärgu võrra rohkem, fütoplanktonit kümme kuni mõni tuhat rakku milliliitris.

Suur arv väikeseid rakke tähendab kiiret aineringet ja kasvupotentsiaali. Soodsates oludes on tüüpiline üks raku pooldumine päevas. Täna üks rakk, homme kaks, ülehomme neli, siis kaheksa, kuusteist, kolmkümmend kaks. Oma massi kiire kasvatamise võime on üks suuremaid erinevusi silmaga nähtavatest organismidest. Läheme täna metsa, näeme – puud. Läheme homme tagasi, ikka samad puud. Kuna mikroorganismid ei vaja tohutuid tüvesid ja teisi toeseid, on nende kasvukiirus võrreldes massiga väga suur. Tasakaalu toob väike olemise kurvem külg: enam-vähem sama palju, kui juurde tekib, ka sureb. Enamasti süüakse ära suuremate poolt, osa settib, laguneb, lüüsitakse viiruste poolt. Madal biomass, aga väga kiire aineringe eristab planktilisi mikroorganisme silmaga nähtavatest makroorganismidest.

„Kõrbed“ ja „troopilised vihmametsad“

Nagu maismaal, on ka ookeanis kaks suurt funktsionaalset rühma. Ühed on esmastootjad, kes fotosünteesivad päikese valgusenergia abil mineraalsetest toitainetest, nagu lämmastik, fosfor, süsihappegaas, orgaanilist ainet. Planktonis on selleks vetikad – fütoplankton. Maismaal täidavad sama rolli taimed. Teised saavad oma aine ja energia, süües ja lagundades esmastootjate massi – bakterid, zooplankton. Maismaal on selleks loomad, bakterid, seened. Nagu maismaal, on ka planktonis toiduahelad ja -võrgustikud. Kes keda sööb ja kui palju.

Nagu maismaal, on ka ookeanis oma „kõrbed“ ja oma „troopilised vihmametsad“, kus produktsioon on väga madal, või siis väga kõrge. Mitte et ookeanis veepuudus oleks nagu maismaa kõrbetes, küll aga piirab ookeanis produktsiooni toitainepuudus. Kui päike paistab ühtlaselt igale poole, sõltuvalt laiuskraadist, siis on toitainete kättesaadavus parem rannikualadel, kus maismaalt tulevad jõed ikka midagi toovad. Seetõttu on ka kalasaagid suuremad rannikualadel.

Mõnes ookeani piirkonnas, sageli jällegi ranniku läheduses, tekib valdavate tuule mõjul apvelling ehk kerkehoovus, kus sügavamal olev külm ja toitainerikas vesi tõuseb pinnale. Kui kokku saavad toitained ja valgus, tekib erakordselt võimas produktsioon – need on ookeani „troopilised vihmametsad“. Tuntumad apvellingualad on Peruu rannik, California, mitu piirkonda Aafrika rannikul.

Skaala teises otsas on ookeanide troopilised keskosad, kus rannik on kauge ja soojenenud pinnakiht takistab toitainete pääsu pinnakihti. Neis ookeani „kõrbetes“ on kalatoodang tühiselt väike. Kliimamuutusest tingitud ookeanivee pinnakihi soojenemine on seega põhimõtteliselt halb uudis füto­planktonile. Soojuskihistumine tugevneb ja toitainete pääs valgusküllasesse pinnakihti väheneb.

Veidi üllatuslikult piirab ligi 40% ookeanist produktsiooni mitte tavapärased toitained, vaid mikroelement raud. Mikroelement, kuna seda kulub vetikate toiduks võrreldes lämmastiku ja fosforiga väga vähe. Piirab, kuna ka seda vähest ei ole ookeanivees sageli piisavalt saadaval. Hapnikurikkas vees on oksüdeerunud raud(III) ioonid halvasti lahustuvad ning settivad veest välja. Raud tuleb ookeani peamiselt maismaalt, kõige enam kõrbetormidest lähtuva tolmu ja liivaga. Paradoksaalselt on maismaa laienev kõrbestumine hea uudis ookeani planktonile, sest intensiivsemad kõrbetormid suurendavad raua transporti ookeani, mis suurendab esmastoodangut.

Liiga pikk toiduahel

Maismaa ja ookeani esmastoodang on enam-vähem võrdne, maismaal ehk pisut suurem. Kuigi ookeani pindala on oluliselt suurem, on ka ookeani „kõrbed“ suuremad. Hoopis märkimisväärsem on erinevus, kui võrrelda maismaa ja ookeani osa inimkonna toitmisel. Erinevalt maismaast ei moodusta ookeanist saadav märkimisväärset osa inimese toidulauast. Ookeanist toiduna saadav katab umbes 1% inimkonna energiavajadusest ja umbes 5% proteiinivajadusest, kuna ookeanist saadav toidus on suhteliselt valgurikas. Miks nii? Ilmselt ei ole põhjus ainult füüsilises kauguses.

Kui maismaal on suurem osa potentsiaalselt haritavast maast juba põldudeks muudetud ja põllumajandusliku maa järsku suurenemist ette näha ei ole, kas võiks ookeani potentsiaali parem kasutamine leevendada inimkonna toidupuudust? Aus vastus on, et kiiret võimalust ei ole. Põhjus ei ole ainult suured madala produktiivsusega alad ookeanis – ookeani „kõrbed“ –, vaid midagi palju iseloomulikumat ookeani planktonile. See on: pikad toiduahelad.

Maismaal sööme segamini taimset ja loomset toitu, taimse ülekaaluga, kuna loomne pärineb rohusööjatelt. Oleme troofilisel tasemel 1,5 või alla selle. Ookeani puhul me ei tarbi fütoplanktonit. Aasia kultuurides makrovetikate osa toidusedelis aina kasvab, kuid ülemaailmselt on mõju veel väike. Me ei söö ka loomset ehk zooplanktonit, mis on esimesel troofilisel tasemel ja vastab maismaal herbivoorsetele loomadele nagu lehm ja lammas. Vähesel määral sööme planktontoidulisi kalu, mis on teine troofiline tase ja vastab maismaal huntidele ja lõvidele. Selle väikesemõõdulise prügikalaks nimetatu asemel eelistame suuremat röövkala, näiteks haugi või lõhet. See on juba kolmas troofiline tase, mis maismaal vastaks hundi- ja lõvisööjatele. Seega, kui maismaal oleme kenal troofilisel positsioonil 1,5 või alla selle, siis ookeani toiduahelas on inimene grotesksel neljandal positsioonil, mis vastab lõvisööjate sööjate sööjale. On selge, et ökosüsteemis sellistele toitu väga palju ei jätku.

Sellega halvad uudised ookeanist kui inimkonna toidulauast veel ei piirdu. Ülaltoodud ookeani toiduahel – füto­plankton > zooplankton-> planktontoidulised kalad > röövkalad > inimene – on võimalikest variantidest üks lühemaid ja efektiivsemaid. Ookeani laialdastes toitainevaestes piirkondades on veelgi pikem toiduahel. Toitainevaesuses on kohased väga väikesemõõtmelised, bakteritega samas mõõdus fütoplanktoni liigid, mis tänu oma suuremale eripinnale on efektiivsemad omastama madalas kontsentratsioonis toitaineid. Need on liiga väikesed, et olla toiduks tavapärasele zooplanktonile. Seetõttu on vahepeal veel mitu lüli, nagu erinevad amööbid, viburlased või ripsloomad. Kõik see muudab suurtel ookeanialadel fütoplanktoni niigi kasina esmastoodangu ülekande inimese poolt püütavate kaladeni erakordselt ebatõhusaks. Igal troofilisel tasemel kandub edasi u 10% ainest ja energiast. Ehk süüa tuleb kuni 10 korda rohkem, kui on oma biomassi juurdekasv. Ülejäänu läheb enamasti hingamiskuludeks ja muutub süsihappegaasiks. See kümne protsendi reegel on loodusseadus, mida on võimalik teatud piires varieerida, kuid mitte ignoreerida. Näiteks parimates põllumajandusettevõtetes kulub ühe kilogrammi eluskaalu tootmiseks 3–5 kg sööta.

Kurb, aga meil ei ole kiireid ja lihtsaid nippe tohutu ookeani produktsiooni suunamiseks inimese toidulauale. Valdav osa fütoplanktoni esmasproduktsioonist jahvatatakse kaugemale jõudmata süsihappegaasiks juba planktoni enda toiduahelas.

Inspiratsioon Hitchcockile

Kas planktoni hulgas võib olla kahjulikke või ohtlikke liike? Fütoplanktoni hulgas on liike, kelle elutegevuse käigus kogunevad rakkudesse või eritatakse vette bioaktiivseid aineid, mis on inimesele ja paljudele teistele soojaverelistele toksilised. Koguni sedavõrd, et tegemist on ühtede kõige toksilisemate ühenditega, mida loodus sünteesib. Teatud vaguviburlaste toodetud närvimürk saksitoksiin (karbi Saxidomus järgi) on koguni USA sõjamürkide nimekirjas. Toksiinid võivad toiduahela kaudu kanduda kõrgematele troofilistele tasemetele ning seeläbi ohustada mereande söövat inimest. Paradoksaalselt on fütoplanktoni looduslikud vaenlased, zooplankton ja filtreerivad karbid, vetikatoksiinide suhtes immuunsed. Ohustatud on just toiduahela kõrgemad lülid, sealhulgas merelinnud ja imetajad, kes ei ole fütoplanktoni looduslikud vaenlased ega konkurendid. Arvatavalt on planktonit filtreerivad karbid ja zoo­planktoni liigid, kes ei suutnud kohaneda vetikamürkidega, evolutsioonis ammu välja surnud.

Miks vetikad toksiine toodavad? Sellele miljoni dollari küsimusele ei ole teadlastel head vastust. Kõiges ei pea vandenõuteooriat nägema. Võimalik, et tegu on sekundaarsete metaboliitidega, ainetega, mis ei ole organismi kasvuks ja arenguks otseselt vajalikud, kuid mis halbade juhuste kokku sattudes on toksilised toiduahela teises otsas olevatele püsisoojastele. Kui toksilised vetikad on planktonis, ohustab inimest eelkõige filtreerivate karpide söömine. Enamik maailmas tuntud vetikamürgitusi ongi põhjustatud karpide söömisest ning kannavad inglise keeles nimetus shellfish poisoning (karbimürgitus). Karbid filtreerivad planktonit, toituvad sellest ning akumuleerivad toksiine oma kehas. Arenenud riikides jälgib olukorda keskkonnaseire ja toksiliste vetikate ilmudes suletakse rannikualad karbikorjajatele. Mereimetajad ja linnud saavad toksiine läbi toiduahela zooplanktoni ja kalade kaudu.

Toksilised vetikad on jätnud jälje filmiklassikasse. Ühe kõigi aegade mõjukama filmiklassiku, Sir Alfred Hitchcocki 1963. aastal valminud film „Linnud“ dramatiseerib hullunud lindude agressiivset käitumist ja inimeste ründamist. Hitchcock jätab põhjused lahtiseks, kuid on teada, et ta oli raamatukogus uurinud kohalikes ajalehtedes kirjeldatud lindude varasemat kummalist käitumist California Capitola ja Santa Cruzi väikelinnas. Seega ei olnud kõik puhtalt Hitchcocki fantaasia, kuigi ka seda jagus filmi. Tagantjärele tarkusega teame, et lindude ebatavalise käitumise põhjustas planktilise ränivetika Pseudo-nitzschia toodetud toksiin domoi-hape, mida merelinnud olid saanud toiduahela kaudu. Planktiliste ränivetikate seos domoi-happe mürgitustega avastati alles aastakümneid hiljem. Kanadas Prints Edwardi saarel suri 1987. aastal kolm restoranikülastajat mürgituse tagajärjel, kui olid söönud menüüs olnud söödavaid rannakarpe (Mytilus edulis). Asja uurides selgitati surma põhjus ja toksiini päritolu – mereline planktiline ränivetikas Pseudo-nitzschia. Enne seda traagilist juhtumit ei teatud üldse, et üks suuremaid planktonvetikate rühmi maailmas – ränivetikad võiksid toksiine toota. Mõistetavalt ei võinud seda teada ka Sir Alfred Hitchcock paarkümmend aastat varem.

Vetikaõitsengud Läänemeres

Kuidas on lood toksiliste vetikatega Läänemeres? Laias laastus on seis palju roosilisem kui ookeani rannikualadel. Ei ole meil inimtoiduks sobivaid karpe. Söödav rannakarp (Mytilus edulis) on Läänemeres madala soolsuse tõttu väga väike, toiduks seda ei tarvitata. Madal soolsus seab piirangud liikide levikule ja Läänemere seni tõsisem probleem on suvised sinivetikaõitsengud. Sinivetikaõitsengud tekivad avamerel, kus vaikse ilmaga võivad pinnale kerkides moodustada silmaga nähtavaid kogumikke. Pinnakogumid võivad vaikse tuulega randa kanduda, tekitades ebameeldiva vaatepildi. On see rannakülastajatele ohtlik? Üldiselt mitte. Läänemeres on kaks peamist õitsengut põhjustavat liiki, Aphanizomenon ja Nodularia, viimane neist on toksiline. Surmaga lõppeva mürgistuse saamiseks tuleb hea kogus vetikarikast merevett juua, mida me ju ei tee. Omapäi randa pääsenud kari- või lemmikloomad võivad palavusega rannavett juua ning mürgistuse tagajärjel hukkuda. Nähtavalt sinivetikarikkas vees ujumine ei ole mõistlik, kuid kuni vett ei joo, ei ole ka (elu)ohtlik. Sinivetikate maksa- ja närvimürgid mõjuvad inimesele ainult siis, kui neid sisse süüa. Paljud sinivetikad eritavad lipopolüsahhariide, mis on nahka ärritava toimega. Seetõttu on tark end veest välja tulles puhta veega üle loputada, mitte käterätikuga vetikamass naha sisse hõõruda.

Läänemeres õitsenguid põhjustavad sinivetikad on aeglase kasvuga, mistap nähtavad pinnakogumid tekivad alles suve teisel poolel. Sinivetikad on teiste fütoplanktoni liikidega võrreldes soojalembesemad. Soojad ja päikesepaistelised suved kiirendavad kasvu ja põhjustavad varajasemaid ja võimsamaid õitsenguid. Jahedad ja tuulised ilmad ei soosi sinivetikaõitsengute tekkimist. Aeglast kasvu kompenseerib tugev vastupanuvõime ärasöömise vastu – tavapärane zooplankton sööb õitsenguid moodustavaid sinivetikaid vaid suure näljaga ja viimases järjekorras. Toiduahela mõttes on õitsengud umbtee, kalasaagid neist otseselt ei parane, tekkinud biomassi lagundavad sügisel bakterid.

Väike, aga võimas. Tähelepandamatu, aga möödapääsmatult vajalik. Nii peaks iseloomustama planktonit maa­ilma­meres ja meie ümber.