| 
 | 
 | 
                    
 | 
 

Научная группа: Экология морского фито- и зоопланктона и ледовой биоты

 

Группа входит в состав лаборатории «Основы прогнозирования динамики экосистем».


Состав группы:

  • Кудрявцева Василиса Александровна, инженер.

 

 

Основные направления работ:
Пространственно-временная изменчивость фитопланктона арктических морей в связи со структурой и динамикой вод.
Пространственно-временная неоднородность планктонных сообществ в значительной степени обусловлена гидрофизическими условиями. В частности, показана зависимость обилия и структуры фито-, зоо- и ихтиопланктона от характера стратификации водного столба, горизонтальной термохалинной структурированности вод, наличия фронтальных зон, круговоротов, линз и др.

 

Гидрологическому режиму каждой морской акватории присущи свои характерные черты, которые в первую очередь определяются водообменом с соседними акваториями, топографией береговой линии, рельефом дна, речным стоком и господствующими ветрами. Все эти факторы определяют специфику основных механизмов формирования пространственной неоднородности планктона в каждом водоеме. Белое море с точки зрения гидродинамики является одним из уникальнейших водоемов. В нем присутствуют практически все физические явления, существующие в Мировом океане: сильные течения, районы с горизонтальной и вертикальной термохалинной структурой вод, структурные фронтальные зоны, соленосные фронты, мощный речной сток, межслойные перемещения вод, высокие приливы, апвеллинги разного генезиса и др.

 

Работы по исследованию пространственной вариабельности фитопланктона были начаты давно и долгое время основывались на представлениях о гидрологическом режиме моря, сформулированных еще в первой половине прошлого века. В последнее десятилетие на основе применения современных методов океанологических наблюдений (СТД зондирование) и дистанционного зондирования (спутниковые данные) представления о гидрологии моря были в значительной степени пересмотрены и усовершенствованы. Исследования фитопланктона в совместных рейсах с институтом Океанологии, в которых с использованием современной приборной базы проводится детальное зондирование водного столба, дает возможность связать наблюдаемую гетерогенность фитопланктона со структурой и динамикой вод.

 

Видовой состав и обилие криофлоры и криофауны, пространственно-временная изменчивость ледовой биоты.
Ледовые водоросли (криофлора) являются важнейшим компонентом морских экосистем Арктики. Вклад криофлоры в годовую суммарную первичную продукцию арктических морей составляет в среднем 26%, а в районах с постоянным ледовым покровом, например в центральной Арктике, он может достигать 50% от суммарной продукции. Продукция ледовых сообществ используется планктонными и бентосными животными  и является важным компонентом глобального цикла углерода.

 

В течение последних 30 лет наблюдается потепление Арктики, что ведет к уменьшению общей площади ледового покрова, его толщины и увеличению продолжительности периода таяния льда. По существующим прогнозам, этот процесс продолжится и далее, что может привести к изменению состава криофлоры и ее обилия. Белое море – наиболее доступный для исследований водоем из всех  морей Российской Арктики. Поэтому получение сведений о  биоразнообразии и обилии ледовых микроводорослей, а также выявление трендов изменения криофлоры в Белом море имеет принципиально важное значения для понимания процессов, происходящих в Арктике.

 

Мельчайшие фотоавтотрофы  (пикоформы) – видовой состав и роль в планктонных и ледовых сообществах.
К пикофитопланктону относят цианобактерии и эукариотные водоросли с размерами клеток менее 3 мкм. Пиководоросли - это важнейший компонент фитопланктонного сообщества. Эти мельчайшие фотоавтотрофы могут давать основной вклад в суммарную биомассу и продукцию фитопланктона, особенно в олиготрофных районах, а также и в более богатых водах в периоды низкого обилия микрофитопланктона. Вклад пиководорослей в суммарную биомассу фитопланктона и первичную продукцию Мирового океана составляет 8% и 39%, соответственно. В периоды низкого обилия нано- (3 - 20 мкм) и микрофитопланктона (20 – 200 мкм) пикоформы могут давать основной вклад в суммарную биомассу и продукцию фитопланктона.

 

Наши исследования показали, что относительный вклад пиководорослей в суммарную биомассу фитопланктона Белом море в не превышает 34%. Однако, согласно данным ряда авторов (Li et al., 2009), при наблюдаемых трендах изменения климата в Арктике с увеличением температуры вод обилие пикофитопланктона увеличивается, тогда как нанофитопланктона снижается. Если такая тенденция характерна и для Белого моря, то роль пикофитопланктона в функционировании экосистемы Белого моря будет возрастать, что определяет необходимость дальнейших исследований мельчайших фотоавтотрофов.


Структура фитопланктона в зависимости от обеспеченности компонентами питания и световой энергией.
Конкуренция за лимитирующий ресурс является одним из биотических факторов, определяющих структуру фитопланктона. До настоящего времени исследования конкурентных отношений между планктонными водорослями были ограничены рассмотрением в качестве ресурсов компонентов минерального питания и световой энергии. Нами показано наличие конкурентных отношений между популяциями водорослей за лимитирующий ресурс в органической форме. Выявлено, что конкурентные параметры популяций водорослей видоспецифично зависят от формы доступного азота, освещенности, структуры сообщества и обеспеченности клеток азотом. У одних водорослей конкурентная способность выше при обеспеченности минеральным азотом, у других – при росте с использованием органических азот содержащих субстратов. При этом соотношение конкурентных параметров при органическом и минеральном источниках азота у большинства водорослей изменялось в зависимости от освещенности.

 

Такая видоспецифичная зависимость конкурентной способности водорослей говорит о том,  что изменение в природных экосистемах относительного содержания тех или иных субстратов в общем пуле растворенного органического азота на фоне флуктуаций освещенности может приводить к изменению структуры фитопланктона. Хотя бы частичном покрытии потребностей водорослей в азоте за счет органических субстратов следует ожидать снижение интенсивности конкуренции за минеральный азот. К тому же, спектры органических субстратов, которые способны потреблять морские планктонные водоросли, видоспецифичны. Возможно, благодаря этим различиям и снижению интенсивности конкуренции за минеральный азот достигается сосуществование разных популяций фитопланктона при дефиците минерального ресурса.


Внутрипопуляционная изменчивость параметров флуоресценции морских планктонных водорослей
К настоящему времени накапливается все больше данных о фенотипической и генетической гетерогенности популяций планктонных микроводорослей и вариабельности отклика отдельных клеток на изменение уровня контролирующего фактора и лимитирующего ресурса.  В частности показано, что в пределах одной популяции клетки различаются по содержанию фотосинтетических пигментов, биохимическому составу, а также параметрам флуоресценции хлорофилла. Выявлены также различия в степени изменчивости параметров флуоресценции отдельных клеток в пределах разных популяций из одного сообщества. Различие параметров флуоресценции отдельных клеток свидетельствует о функциональной неоднородности клеток в пределах одной популяции, которая определяет способность популяции к акклимации и адаптации и, в конечном счете, к выживанию в изменяющихся условиях среды. Поэтому исследования популяционной гетерогенности важны для понимания закономерностей динамики природного фитопланктона и его продуктивности, а также для выявления основных факторов, их определяющих.

 

 

Объекты исследования: морской фито– и зоопланктон, ледовые водоросли и ледовая фауна, культуры морских планктонных водорослей.

  • PDF
Баннер