Резиденты и экспатрианты в планктонных экосистемах меняющейся Арктики: роль в структуре и экологии сообществ

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-17-00121

НазваниеРезиденты и экспатрианты в планктонных экосистемах меняющейся Арктики: роль в структуре и экологии сообществ

Руководитель Кособокова Ксения Николаевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-519 - Биоокеанология

Ключевые слова Зоопланктон, Арктический Бассейн, планктонные сообщества, виды-резиденты, виды-экспатрианты, пространственное распределение, продуктивность, биомасса, экология, адаптации, жизненные стратегии, репродуктивная биология

Код ГРНТИ34.35.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Северный Ледовитый или Арктический Океан (АО) является одним из самых экстремальных местообитаний морских организмов и одним из самых быстро меняющихся океанических районов на Земле. В последние два десятилетия Арктика переживает сильнейшее потепление за всю историю нашей планеты и беспрецедентную потерю морского льда. Усиление притока Атлантических и тихоокеанских вод и повышение их температуры вызывает изменение гидрофизической структуры вод АО, сдвиги границ водных масс и изменения в распределении связанных с ними сообществ зоопланктона. До начала современных климатических изменений количественную основу планктонных сообществ АО составляли «местные» виды-резиденты, успешно приспособленные к условиям арктической пелагиали и способные за счет местного размножения поддерживать свою численность на уровне, обеспечивающем их постоянное и стабильное воспроизводство. В последнее время, однако, появились свидетельства того, что наблюдающиеся климатические изменения уже приводят к изменению равновесия между резидентами Арктики и экспатриантами - приносными видами, поступающими в АО из соседних акваторий. Вытеснение обычных для Арктики, крупных и богатых липидами планктонных видов-резидентов более мелкими бореальными экспатриантами становится уже не гипотетической, а вполне осязаемой угрозой, поскольку может иметь необратимые последствия для всей арктической экосистемы. Перестройка этого нижнего звена пищевой цепи неминуемо отразится на ее более высоких трофических звеньях: рыбах, птицах и морских млекопитающих Арктики, ориентирующихся при выборе пищевых объектов на их размер. Задачей предлагаемого проекта является сравнительное изучение роли видов-резидентов (ВР) и их взаимодействия с приносными бореальными видами-экспатриантами (ВЭ) в планктонных сообществах центрального Арктического бассейна в 1990-е гг., до начала существенных климатических изменений, и в течение первых двух декад 2000-х гг., в годы выраженной деградации арктического ледового покрова и усиления притока и повышения температуры атлантических вод. Будет исследована толерантность ВР и ВЭ к изменениям температурного и ледового режима, их способность адаптироваться к новым условиям, изменения в их экологии и пространственном распределении. При решении поставленных задач будет применен комплексный подход, основанный на сочетании сравнительного изучения структурных и функциональных характеристик планктонных организмов и сообществ на фоне данных о гидрофизических и ледовых условиях и экспериментального изучения экологии доминирующих видов зоопланктона. Все поставленные проектом задачи являются новыми, в отечественной и международной практике им нет аналогов. Сравнений данных по зоопланктону, полученных в центральной Арктике в период до начала выраженной деградации ледового покрова и последующий период до этого не проводилось, поскольку ни у кого в мире не было необходимых для этого материалов. В нашем распоряжении такой уникальный материал имеется, он собран руководителем и участниками проекта в период с 1990-х по 2021 г. в 11-ти экспедициях научно-исследовательских ледоколов и судов ледового класса. Он обладает огромной научной ценностью, и его анализ позволит впервые документировать происходящие в арктических планктонных сообществах изменения и создать базу для отслеживания дальнейших изменений в структуре и продуктивности этих сообществ в условиях «Новой Арктики». Достижимость решения поставленных задач определяется наличием у коллектива необходимых навыков для его высокопрофессиональной обработки и анализа с применением наиболее современных методов и подходов. Высокая научная квалификация и опыт совместных работ участников коллектива в Арктике позволит получить необходимые данные и решить заявленные в проекте задачи. Подтверждением высокой квалификации коллектива служат многочисленные публикации участников проекта в ведущих отечественных и зарубежных научных журналах, большинство из которых (29 из 37) относится к категории Q1.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Андронов В.Н., Кособокова К.Н. New deep-water species of Augaptilidae (Multicrustacea, Copepoda, Calanoida) from the Arctic Ocean. Zootaxa, Vol. 5410 No.3. P. 419–433. (год публикации - 2023)
10.11646/zootaxa.5410.3.9

2. Липухин Э.В., Залота А.К., Мишин А.В., Симакова У.В. Происхождение личинок краба-стригуна Chionoecetes opilio в Карском море Океанология, Vol. 64, No. 2, pp. 278–287 (год публикации - 2024)
10.1134/S0001437024020085

3. Артемьев Г.М, Захаров Д.В., Баталин Г.А., Гареев Б.И., Мингазов Г.З., Сабиров Р.М., Голиков А.В. Trophic Ecology of Chaetognaths in the Barents Sea Revealed by Nitrogen Stable Isotope Analysis (δ15N) Complex Investigation of the World Ocean (CIWO-2023). CIWO 2023. Chaplina, T. (eds). Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham., Complex Investigation of the World Ocean (CIWO-2023). CIWO 2023. Chaplina, T. (eds). Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. (год публикации - 2023)
10.1007/978-3-031-47851-2_24

4. Хирхе Х.Ю., Ершова Е.А., Кособокова К.Н., Хопкрофт Р.Р. From fringe to basin: unravelling the survival strategies of Calanus hyperboreus and C. glacialis in the Arctic Ocean. Marine Ecology - Progress Series, V. 745, P. 41-57 (год публикации - 2024)
10.3354/meps14665

5. Дмитренко И., Петрусевич В., Пруссер А., Кособокова К., Жоффруа М., Бучард С., Бабб Д., Кириллов С., Барбер Д. Contrasting two major Arctic coastal polynyas: the role of sea ice in driving diel vertical migrations of zooplankton in the Laptev and Beaufort Seas. Ocean Science (год публикации - 2024)

6. Чаркин А.Н., Кособокова К.Н., Ершова Е.А., Семин В.Л., Колбасова Г.Д., Семкин П., Леусов А., Дударев О., Гуленко Т., Ярощук Е., Старцев А., Файман П., Красиков В., Зверев С., Бессонова Е., Ульянцев А., Еловский Е., Юрикова Д.А., Кобяков К., Зимина О., Герасимова А., Тищенко П., Дидов А. A unique warm–water oasis in the Siberian Arctic’s Chaun Bay sustained by hydrothermal groundwater discharge. Communications Earth and Environment, V. 5, N. 1, paper No. 393, pp. 1-14 (год публикации - 2024)
10.1038/s43247-024-01529-x

7. Уразаева А.О., Кособокова К.Н., Темерева Е.Н. Internal structure of the reproductive system of the deep-sea chaetognath Eukrohnia hamata based on histological data and 3D reconstructions Invertebrate Zoology, Vol. 21 No. 3, P. 261–278 (год публикации - 2024)
10.15298/invertzool.21.3.02

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В течение второго этапа проекта были продолжены исследования в трех основных направлениях: 1) качественная и количественная обработка материалов по зоопланктону из глубоководного Арктического Бассейна (АБ) и оценка роли ВР (видов-резидентов) и ВЭ (видов-экспатриантов) в его планктонных экосистемах, 2) изучение характера пространственного распределения, жизненных циклов и экологии массовых планктонных копепод-резидентов в 2000-х гг. в меняющихся условиях среды, 3) изучение состава, биогеографического статуса, распределения, трофической и репродуктивной экологии представителей «некопеподного» планктона в планктонных сообществах АБ. По материалам обработки планктонных проб из экспедиций 2011 и 2015-16 гг. и новейших коллекций, собранных во время дрейфа платформы «Северный Полюс»-41 в АБ (2023-24 гг.), для каждого из четырех глубоководных бассейнов Арктики (Нансена, Амундсена, Макарова и Канадского) составлены видовые списки самых разнообразных в видовом отношении таксонов ракообразных – пелагических копепод и амфипод. Сравнение списков с опубликованными ранее (Kosobokova et al., 2011) и с недавно опубликованными работами (Wold et al., 2024) показало, что новых, нетипичных для Арктики видов, в ЦАБ не появилось. Вместе с тем, вблизи Атлантических «входных ворот» в Арктику (районы к северу от пролива Фрама) в настоящее время, как и в 1990-х гг., единично встречаются заносимые туда экспатрианты - представители атлантической фауны. Обработка обширного материала по желетелому планктону (1990-е-2016 гг.), позволила впервые с 1960-х гг. провести инвентаризацию фауны гидро- и сцифомедуз в районах АБ с глубинами >1000 м (сборы из 140 точек). Всего обнаружено 18 видов гидро- и 1 вид сцифомедуз. Составлены карты их распределения. В глубоководных бассейнах встречаются почти исключительно голопланктонные виды, населяющие мезо- и батипелагиаль. В поверхностных водах (0-100 м) отмечены лишь 3 вида - экспатрианты из краевых арктических морей, найденные преимущественно вдоль периметра глубоководных бассейнов, как и шельфовые экспатрианты из других таксономических групп (копеподы, эвфаузииды). Для большинства массовых видов характерен широкий разброс размеров. Присутствие молоди в их популяциях предполагает, что это резидентные виды, поддерживающие постоянные популяции в АБ. Виды-шельфовые экспатрианты, наоборот, представлены особями с размерами, близкими к дефинитивным, так как в центральных бассейнах их размножения не происходит. Изучение трофического статуса и биологии размножения щетинкочелюстных (морских стрелок), считавшихся ранее основными планктонными хищниками в арктической пелагиали проводилось в Баренцевом море и прилегающих глубоководных районах, где обитает 4 вида. Трофическое положение (TP) трех из них было определено с применением анализа стабильных изотопов азота (δ15N). Полученные TP варьировали от 1.2 до 3.6, причем между тремя видами были выявлены статистически значимые различия: самые высокие значения были характерны для Parasagitta elegans (2.7 ± 0.3), средние для Pseudosagitta maxima (2.4 ± 0.3), самые низкие для Eukrohnis hamata (2.1 ± 0.4). Относительно низкое трофическое положение щетинкочелюстных, а также различия между видами хорошо согласуются с недавно высказанным предположением об их нехищном питании. Изотопный состав в их тканях свидетельствует о том, что такой материал, как детрит и водоросли, может составлять бóльшую долю в рационе E. hamata и Ps. maxima, и меньшую — в рационе P. elegans. Изучение строения половой системы мезопелагических щетинкочелюстных E. hamata на световом уровне и деталей структуры их гонад на разных стадиях онтогенеза позволило впервые обнаружить ранее неизвестные особенности морфологии, обеспечивающие успешное оплодотворение особей в условиях их большой разреженности на глубинах. На основании серийной гистологической резки и оцифровки полученных срезов впервые проведена 3D-реконструкция части тела E. hamata в районе туловищно-хвостовой септы с целью визуализации взаимного расположения генитальных структур. Изучение популяционной структуры и сезонных изменений репродуктивной активности массового арктического резидента - копеподы Metridia longa проводилось на «модельной» беломорской популяции, поскольку долгосрочные сезонные и экспериментальные наблюдения в центральном АБ на сегодня исключительно затруднены. Результаты говорят о растянутом нересте и наличии более чем одного пика нереста в течение года, а обилие неоплодотворенных самок в августе показывает, что конец лета является периодом активного перехода ювенильных рачков во взрослое состояние. Результаты исследований в Чаунской губе – заливе Восточно-Сибирского моря - показали, что в ее восточной части и на юго-западе существуют области с аномально высокими придонными температурами и высокой для данного района Арктики соленостью, которые возникают под влиянием донных гидротермальных источников. В этих районах обнаружены повышенные биомассы бентоса и планктона, а также нетипичные для этого района Арктики бореальные виды. Среди них представитель эвфаузиид (криля) Thysanoessa inermis, характерный для планктона дальневосточных морей и юго-востока Чукотского моря, отсутствующий в акватории Восточно-Сибирского моря и центральном АБ. Его популяция не покидала губу даже в зимнее время. Этот планктонный рачок ранее считался экспатриантом, случайно и единично «заносимым» тихоокеанскими водами в район континентального склона АБ к северо-востоку от Восточно-Сибирского моря. Однако массовое присутствие его разновозрастных особей в Чаунской губе и летом, и зимой свидетельствует в пользу существования здесь его местной популяции. Полученные результаты позволяют считать, что существование так называемого «оазиса жизни», и в том числе, популяции криля в Чаунской губе поддерживается особыми гидрофизическими и гидрохимическими условиями, обусловленными выходом гидротермальных вод, которые доставляют в залив тепло, соли, питательные вещества и микроэлементы (Charkin, Kosobokova, Ershova, et al., 2024). Информация о работах по проекту размещена на сайте РНФ: https://rscf.ru/news/release/raskryty-prichiny-poyavleniya-teplovodnogo-oazisa-zhizni-v-odnom-iz-samykh-kholodnykh-morey-mira/, а также в средствах массовой информации (перечислены не все): 1) https://nauka.tass.ru/nauka/21756281 2) https://scientificrussia.ru/articles/raskryty-priciny-poavlenia-teplovodnogo-oazisa-zizni-v-odnom-iz-samyh-holodnyh-morej-mira 3) https://poisknews.ru/arktika-i-antarktika/teplyj-oazis-v-arktike-uchenye-obnaruzhili-unikalnuyu-ekosistemu-v-vostochno-sibirskom-more/ 4) https://xn--80aa3ak5a.xn--p1ai/news/teplovodnyy-oazis-zhizni-nashli-v-vostochno-sibirskom-more/ 5) https://onznews.wdcb.ru/arktika/uchenye-uznali-otkuda-voznik-oazis-zhizni-v-odnom-iz-samykh-kholodnykh-morej-mira.html и др. (см. п. 1.12)

Публикации