Plankton er de frie vandmassers mindste organismer og er samlebetegnelsen for alt fra encellede organismer, der måler mindre end 1/1000 millimeter fra ende til anden til millimeter-store vandlopper.
Navnet plankton stammer fra græsk og betyder 'passivt drivende'. Men langt de fleste planktonorganismer er faktisk habile svømmere, og nogle af dem er endog ekstremt hurtige.
De hurtigste menneskelige sprintere kan præstere en topfart på måske 10 m/s, svarende til ca. 5 kropslængder pr. sekund. Typiske svømmehastigheder for bakterier er derimod omkring 30 kropslængder pr. sekund, og hastigheder på 500 kropslængder pr. sekund er ikke ualmindelige hos både mindre og større planktonorganismer.
Plankton svømmer for at få sex
Plankton svømmer for at finde mad, for at finde en sex-partner og for at flygte fra rovdyr, altsammen fundamentale aktiviteter der bidrager til deres overlevelse og formering.
Den måde, de svømmer på, afspejler på overraskende måde den evige konflikt mellem at få noget at æde og undgå selv at blive ædt.
Vi har netop opdaget, hvordan nogle plankton-organismer har udviklet en 'stealth-teknologi', der gør dem i stand til at svømme meget 'stille'.
Plankton svømmer på forskellige måder
Plankton har mange forskellige måder at svømme på. Se selv i videoen; det er højhastighedsoptagelser, der er gengivet i slow motion.
- Den encellede Oxyrrhis svømmer ved at slå med to flageller – fimretråde – som driver cellen fremad i en nogenlunde jævn bevægelse langs en spiralformet svømmebane.
- Hjuldyret Brachionus (ved tid 0:12) har en krone af cilier – betegnelsen for en gruppe af fimretråde – der slår i et bølgeformet mønster og giver en endnu mere jævn bevægelse.
- Ciliaten Mesodinium (0:18 og 0:23) har en krans af cilier omkring cellens ækvator, som kan drive cellen frem i nogle lynhurtige hop.
- Den nuttede Podon (0:31) er brystsvømmer og drives frem ved hjælp af to arme, og nauplien Acartia (0:41) svømmer på lignende måde, blot med tre par arme; i begge tilfælde med en meget ujævn bevægelse fremad.
Vandlopper accelerer hurtigere end et jetfly
Andre står næsten stille i vandet mens de basker med de 3- 5 par mund-lemmer (0:48 og 1:00), hvorved de danner de en strøm, hvorfra de høster føde, mens vandlopperne Metridia (1:07) og Acartia (01:16) med næsten samme bevægelse af de mange par lemmer drives frem i en jævn bevægelse.
De samme vandlopper kan i stedet slå med svømmebenene og foretage ét (Acartia, 1:30) eller flere (Oithona, 1:39) hop, hvor de under udøvelse af umenneskelige kræfter på få millisekunder accelererer hurtigere end et jetfly til hastigeder på op til 500 kropslængder per sekund.
En effektiv måde at flygte fra et rovdyr, som dog kræver kræfter der – målt i forhold til dyrets størrelse – er 10 gange større end målt for nogen anden organisme.
Der er fire forskellige svømmemønstre
Trods de mange forskellige fremdriftsmekanismer (flageller, cilier, lemmer…) og måder at svømme på, er der dog et fælles mønster.
Med udgangspunkt i eksemplerne i videoen (og mange andre) kan vi definere fire typer:
- De stillestående, der driver en fødestrøm
- Dem, der svømmer i en jævn bevægelse
- Brystsvømmere
- 'Hoppere'
Se selv, om du kan genkende dem i videoen. De to første måder at svømme på er tæt forbundet med fødesøgning. Dyreplankton skal dagligt afsøge et vandvolumen for føde, der er 1 million gange deres egen kropsvolumen, så de må nødvendigvis forstyrre et stort vandvolumen!
De sidste to måder at svømme på tjener simpelthen det formål at komme fra A til B, og man kunne forvente, at den naturlige selektion havde favoriseret metoder, som forstyrrer så lille et vandvolumen som muligt - og så kortvarigt som muligt.
\ Fakta
Konvergent evolution er et begreb indenfor evolutionslæren. Det dækker over det fænomen at den samme morfologiske eller adfærdsmæssige løsning på et problem er opstået flere gange uafhængigt af hinanden hos organismer af vidt forskellig oprindelse. Blæksprutters og menneskers øjne ligner meget hinanden i opbygning, men må være udviklet uafhængigt af hinanden, og ikke fra den samme stamform. ’Vandmænd’ dækker over 3 vidt forskellige grupper organismer, som af den naturlige selektion alle er drevet til at udvikle en meget vandig krop, som giver dem en stor overflader til fangst af bytte.
Og det er netop tilfældet.
De pludselige bevægelser forstyrrer mindre
Intuitivt ville man forvente, at en jævn bevægelse forstyrrer mindre end den meget uregelmæssige bevægelse som brystsvømning og især hoppe-bevægelse, men det er lige omvendt.
Det har vi kunnet vise ved at måle de strømningsmønstre, som de forskellige planktonorganismer danner, når de svømmer. Selvom brystsvømning og 'hopning' indebærer konstant acceleration og deceleration, er det 'stealth' teknologier, der forstyrrer vandet minimalt. Og også kun en lille del af tiden.
Det er som svage, kortvarige lysglimt, der er svære at få øje på, i modsætning til fødesvømmerne, som er små 'støjende' vanddyr, der kører med fuldt blus på lampen hele tiden.
Og disse 'teknologier' genfinder vi hos vidt forskellige organismer, uafhængigt af deres slægtskabsforhold. De må således være opstået flere gange uafhængigt af hinanden. Det er et eksempel på konvergent evolution (se faktaboks).
LÆS OGSÅ: Konvergent evolution: Derfor ser havpattedyr ens ud
Der er en fysisk forklaring
Kan vi forklare, hvorfor hoppe- og brystsvømning er mere stilfærdige måder at svømme på? Ja, det kan vi. Ikke med vores intuition, for vi ville have forventet det stik modsatte.
\ Fakta
Forskningen er udført på Centre for Ocean Life, som er et tværfagligt samarbejde mellem biologer, fysikere og matematikere støttet af en bevilling fra Villum Fonden.
Men på mikro-skala opfører vand sig anderledes, end på den skala vi oplever det på.
Det opleves af små svømmende organismer så tyktflydende som sirup, og fysikkens love bliver ikke-intuitive. Men med relativt simple fysiske modeller kan vi faktisk reproducere de strømningsmønstre, vi observerer. Derfor tror vi, at vi forstår sammenhængene.
Havets mikroskopiske plankton har ansvaret for langt hovedparten af den biologiske omsætning i havet. Det er grundlaget for de fisk, vi fanger i havet, og det spiller en afgørende rolle for reguleringen af det globale klima.
Plankton hjælper os med at forstå komplicerede økosystemer
Ved Centre for Ocean Life arbejder vi på at lave matematiske modeller af marine økosystemer. En forudsætning for at lave modeller med en stor forudsigelseskraft er, at vi forstår de mekanismer der er afgørende for organismernes liv og død i havet.
Derfor er opdagelser af denne type ikke kun af akademisk interesse.
Muligheden for at karakterisere det artsrige plankton ved hjælp af nogle ret simple egenskaber (måden at svømme og æde på) hjælper os til at udvikle relativt enkle modeller af i øvrigt komplicerede marine økosystemer.
