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 22-17-00154

НазваниеПервичная продуктивность и биомасса зоопланктона в океане: связующий механизм и его статистическая модель как инструмент оценки запаса планктона.

РуководительВерещака Александр Леонидович, Доктор биологических наук

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

Период выполнения при поддержке РНФ

2022 г. - 2024 г.

Конкурс№68 - Конкурс 2022 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 словаЭкология, биоразнообразие и динамика планктона Мирового океана, структура сообществ и запасы планктона Мирового океана

Код ГРНТИ34.35.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Оценка биоресурсов Мирового океана и моделирование климата Земли – важнейшие и, казалось бы, мало связанные задачи, стоящие перед человечеством в целом и перед российской наукой – в частности. Объединяет эти задачи то, что их решение невозможно без достоверной оценки биомассы зоопланктона, живущего в толще воды Мирового океана, а это – 95% объёма биосферы. Зоопланктон одновременно является (1) объектом промысла сам по себе (криль, креветки), (2) кормовой базой промысловых рыб и кальмаров, (3) резервуаром живого органического вещества, играющего важную роль в цикле углерода. В ходе выполнения предыдущего проекта РНФ (18-17-00177) мы опирались на представления о том, что продуктивность поверхностного слоя океана определяет величину направленного вниз потока нового органического вещества и создаёт энергетическую основу для существования глубоководных сообществ. В качестве показателя продуктивности мы использовали концентрацию поверхностного хлорофилла, измеренную спутниковыми сканерами. Биомассу зоопланктона определяли в послойных сетных ловах от поверхности до глубины 3000 м. Нам удалось найти значимую линейную связь между концентрацией поверхностного хлорофилла (осреднённого по разным площадным квадратам и за разные промежутки времени) и биомассой основных групп глубоководного зоопланктона в Атлантическом океане, на основании чего были сделаны предварительные оценки общей биомассы зоопланктона. При этом выяснилось, что построенные регрессии значительно различаются в низких и высоких широтах и дают для разных групп планктона оценки разной точности. Более того, осреднение поверхностного хлорофилла по разным площадям и по разным временнЫм отрезкам приводит в существенному изменению значимости регрессий. Наконец, оказалось, что биомасса зоопланктона на глубинах 200-1500 м часто превышает его биомассу в поверхностном 200-м слое, что никак нельзя объяснить той долей органического вещества (10% по общепринятым оценкам) которая опускается на глубины более 200 м. После завершения предыдущего проекта мы выяснили дополнительно ещё два важных факта. Во-первых, связь между концентрацией поверхностного хлорофилла и биомассой зоопланктона не обязательно носит линейный характер и в ряде случаев лучше всего описывается экспонентой. Во-вторых, наиболее значимая корреляция наблюдается между биомассой зоопланктона и концентрацией хлорофилла, измеренной в период цветения фитопланктона, причём пик биомассы зоопланктона сдвинут на несколько месяцев относительно пика хлорофилла и этот сдвиг увеличивается с возрастанием глубины. Обнаруженные эффекты демонстрируют наше слабое представление о связующих механизмах между продуктивностью поверхностных вод и биомассой зоопланктона на разных глубинах океана, поэтому в качестве основной цели нового проекта мы приняли изучение этих механизмов. Их выявление позволит существенно расширить представления о путях и скорости трансформации органического вещества и энергии в пищевых сетях морских экосистем, а их модельное представление позволит достоверно и с известной нам точностью оценить биомассу зоопланктона в отдалённых районах океана, пользуясь только дистанционными методами измерения концентрации хлорофилла. В итоге выработанный алгоритм сможет служить инструментом для оценки запасов разных групп планктона на больших акваториях и во всём Мировом океане. Проанализировав ранее обнаруженные закономерности, мы выдвигаем следующую рабочую гипотезу: биомасса океанического зоопланктона связана в первую очередь с пиковыми значениями, а не со среднегодовой продукцией акватории; временнОй лаг между пиком хлорофилла и биомассой зоопланктона возрастает с увеличением глубины и различается для разных трофических групп. Для проверки гипотезы и более точных оценок запасов планктона будут решены следующие задачи, каждая из которых обеспечивает научную новизну проекта: 1. Пополнение базы данных океанического, в т.ч. глубоководного планктона. Учитывая недостаточный охват океанических акваторий экспедициями, каждая проба, особенно глубоководная, - на вес золота. Поэтому обработка имеющихся необработанных проб и получение новых – самостоятельная задача. 2. Исследование механизмов и времени прохождения продукционного сигнала (новообразованного органического вещества) по трофической сети в зависимости от трофического уровня и размеров организма. Решение этой задачи позволит оценить связь каждой из трофических и размерных групп с поверхностной продуктивностью. Весьма вероятно, что эта связь будет различна для разных групп (Прил. 1). 3. Исследование времени прохождения продукционного сигнала по глубинам, что приведёт к оценке скорости (а в вероятно – и величины) потока органического вещества из эпипелагиали в глубины океана (Прил. 2). 4. Алгоритмизация связи между продуктивностью и биомассой зоопланктона в океане. Тестирование не только линейной, но и иных функций (логарифмической, экспоненты, полинома и т.п.) для создания максимально значимых статистических моделей (Прил. 3, 4). 5. Оценка эффекта суточных миграций планктона как фактора, гипотетически оказывающего сильнейшее влияние на перенос продукционного сигнала и перераспределение органического вещества в глубинах океана. 6. Исследование сезонной динамики концентрации хлорофилла в разных районах океана для определения периодов максимальной продукции. Разработка подходов к оценке роли глубинных максимумов концентрации хлорофилла в продуктивности района и их вклад в обеспечение зоопланктона пищей. 7. Оценка влияния гидрологических особенностей района (в первую очередь течений, T-S характеристик и стратификации вод) на связь продуктивности и биомассы планктона на разных глубинах и на перенос продукционного сигнала. 8. Разработка алгоритмов, наиболее точно описывающих зависимость биомассы основных групп зоопланктона и всего зоопланктона от продуктивности вод и гидрологических факторов среды. Оценка запасов основных трофических групп зоопланктона и всего зоопланктона на разных глубинах и в различных районах океана. Участники проекта обладают необходимыми навыками и заделом для успешной реализации проекта, состав коллектива включает 9 квалифицированных специалистов, опубликовавших за последние 5 лет 59 статей в журналах WoS, в основном первого квартиля (Q1) (Прил. 5). В нашем распоряжении имеется уникальная коллекция планктонных проб, собранных нами в 2008-2018 гг в Атлантике и в 2020 г в Индийском океане (11 экспедиций, 1117 проб) (Прил. 6) и есть все основания предполагать, что в ходе выполнения проекта будет получен новый материал.

Ожидаемые результаты
Фундаментальные результаты. Каждый из них будет новым для науки и соответствовать мировому уровню: • Концептуальная схема передачи продукционного сигнала по трофическим и размерным группам зоопланктона на разные глубины океана с оценкой времени задержки сигнала и с учётом специфики исследованого района. Такая схема позволит оценить основные характеристики потоков органического вещества и энергии по пелагическим трофическим цепям и полнее представить функционирование пелагических экосистем на разных глубинах и будет построена впервые. • Обобщённая статистическая модель, дающая наилучшую аппроксимацию биомассы зоопланктона в зависимости от концентрации поверхностного хлорофилла и гидрологических характеристик и учитывающая вклад глубинных максимумов хлорофилла и вертикальных миграций зоопланктона. Таких моделей пока нет. • Оценка вклада вертикальных миграций зоопланктона в перераспределение органического вещества в глубинах океана и суточную динамику этого процесса– такие оценки будут сделаны впервые. • Величина интегральной биомассы различных групп и всего зоопланктона на разных глубинах для исследованных районах Мирового океана (сырой биомассы и биомассы, выраженной в углероде). Общественно и практически значимые результаты: • Технология поиска кормовых полей планктона как районов возможного рыбного промысла в открытом океане на основе использования спутниковых данных и полученных алгоритмов оценки биомассы кормового зоопланктона для разных районов и глубин Мирового океана. Будет востребована рыбопромысловыми организациями. • Алгоритм оценки биомассы отдельных групп потенциально промыслового планктона (криля, креветок) для разных районов и глубин Мирового океана, построение карты промысловых полей этих объектов. Будет востребован природоохранными и рыбопромысловыми организациями. • Карты распределения живого органического вещества в разных районах и на разных глубинах. Полученные величины будут, как минимум, важны для корректировки существующих климатических моделей, а возможно – и для создания концептуально новых.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---