Суточный цикл фотосинтезирующей деятельности планктонных водорослей окутан тайной. В большинстве районов океана, особенно у экватора, самым продуктивным временем рабочего дня аутотрофных фотосинтезирующих организмов является раннее утро. Фотосинтез в тропическом фитопланктоне, добытом из моря и помещенном в специальные инкубаторы с постоянным освещением, в 8 часов утра протекает почти в 6 раз интенсивнее, чем в 7 часов вечера. Эти колебания постепенно уменьшаются к северу от экватора и совершенно исчезают между 60 и 70° северной широты. Ученые не дают какого-либо окончательного объяснения этому явлению. Они выдвигают предположения об усталости клетки или перенасыщении ее ненужными продуктами, но действительные причины повышенной утренней активности фитопланктона еще ждут объяснения.
Рост численности фитопланктонных организмов в основном определяется наличием доступных для них ресурсов. Даже несмотря на способность клеток регулировать количество содержащегося в них хлорофилла, в условиях плохой освещенности скорость их размножения снижается. При очень высокой концентрации микроскопических водорослей, когда можно говорить о «цветении» воды, клетки, находящиеся в поверхностном слое, затеняют клетки, оказавшиеся внизу. Это способствует стабилизации плотности фитопланктона. Нулевой рост популяции устанавливается самой популяцией.
Однако в верхних, хорошо освещенных слоях воды предел роста численности фитопланктонных организмов часто определяется наличием питательных химических веществ. В шельфовых водах наиболее дефицитное из них — азот, который входит в состав растворенных в морской воде аммониевых и нитратных соединений. Азот — ключевой элемент аминокислот, представляющих в свою очередь кирпичики, из которых построены белки. Клетки, испытывающие недостаток азота, переключаются на производство главным образом углеводов. Если дефицит азота затягивается, у водорослей развивается, вялость", как это бывает у людей, придерживающихся низкокалорийной диеты. Деление клеток прекращается. Скорость фотосинтеза падает, достигая в конце концов 5 % нормального значения.
Баланс пищевых веществ имеет большое значение для успеха в конкурентной борьбе разных фитопланктонных организмов. В начале весеннего периода роста, а также во время апвеллинга вода богата питательными веществами, и вскоре господствующее положение занимают несколько быстрорастущих видов. В результате их интенсивного роста обычные «минеральные удобрения» частично истощаются и начинают появляться органические «отходы» жизнедеятельности первой волны микроскопических водорослей. В этот момент становятся заметными другие виды, частично хемотрофные, способные поглощать органические вещества в среде, в которой не хватает других питательных веществ. Со временем, по мере того как все большее количество видов начинает пользоваться все усложняющейся пищевой базой, фитопланктонные сообщества перемешиваются между собой, как в кастрюле. Этот процесс приводит на ум еще одну аналогию с развитием наземного леса. Первые растения, появляющиеся на открытом пространстве, представлены обычно несколькими быстрорастущими видами. За ними следуют другие виды, например такие, которые могут расти в затененных местах, и сапрофиты, питающиеся органическими продуктами, поставляемыми их аутотрофными соседями. В конце концов создается разнообразное и единое сообщество организмов. Но, в противоположность темно-зеленым волнам, покрывающим первозданные прибрежные горные кряжи, леса, плавающие в умеренных водах, каждый год исчезают и появляются вновь.
Сезонная смена одних видов фитопланктона другими также происходит как-то таинственно. В каком-нибудь месте в какое-то определенное время один или несколько видов намного превосходят числом все остальные, но это господство временное. В течение нескольких дней или недель они начинают постепенно исчезать со сцены (правда, не полностью), и их место занимает один — три других вида. Изменение концентрации питательных веществ, должно быть, играет важную роль режиссера этого красочного парада организмов, но этим, вероятно, исчерпывается далеко не все. Почти все сведения по экологии фитопланктона получены в результате лабораторных исследований, проведенных на одном или двух выращенных в колбах видах, что не дает истинной картины жизни в океане.