Nature Climate Change: Зоопланктон меняет привычки из-за таяния льда

Из-за усиления таяния льда в Арктике солнечный свет проникает все глубже и глубже в океан. Поскольку морской зоопланктон реагирует на доступный свет, это приводит к изменению его поведения — в частности, к тому, как эти крошечные организмы поднимаются и опускаются в толще воды.

Как показала международная группа исследователей под руководством Института Альфреда Вегенера, в будущем это может привести к более частой нехватке пищи для зоопланктона и негативным последствиям для более крупных видов, включая тюленей и китов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Climate Change.

В результате антропогенного изменения климата площадь и толщина арктического морского льда уменьшаются; в настоящее время средняя площадь морского льда сокращается со скоростью 13% в десятилетие. Уже в 2030 г., как показывают последние исследования и моделирование, на Северном полюсе может впервые наступить лето без льда. В результате физические условия обитания организмов в Северном Ледовитом океане меняются столь же заметно. Например, из-за уменьшения толщины морского льда солнечный свет может проникать гораздо дальше под поверхность.

В результате при определенных условиях первичная продукция, т.е. рост микроводорослей в воде и во льду, может значительно увеличиться. Как эти изменения освещенности влияют на более высокие трофические уровни пищевой цепи — например, на зоопланктон, который частично питается микроводорослями, — остается малоизученным. В связи с этим международная группа исследователей под руководством д-ра Хауке Флореса из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI) получила ценные сведения.

По словам Флореса:

Каждый день в океане происходит самое масштабное массовое перемещение организмов на нашей планете — суточная миграция зоопланктона, включающего крошечных копепод и криль. Ночью зоопланктон поднимается к поверхности воды, чтобы покормиться. С наступлением дня они мигрируют обратно на глубину, где находятся в безопасности от хищников.

Хотя отдельные организмы ничтожно малы, все вместе это представляет собой колоссальное суточное вертикальное движение биомассы в толще воды. Но в полярных областях миграция носит иной характер — сезонный, т.е. зоопланктон движется по сезонному циклу. В течение многомесячного светлого полярного дня летом они остаются на глубине, а в течение многомесячной темноты полярной ночи зимой часть зоопланктона поднимается и остается в приповерхностных водах подо льдом.

Как суточные миграции в низких широтах, так и сезонные миграции в полярных областях диктуются преимущественно солнечным светом. Крошечные организмы обычно предпочитают сумеречные условия. Они предпочитают находиться ниже определенной интенсивности света (критической освещенности), которая обычно довольно низка и лежит далеко в сумеречном диапазоне. Когда интенсивность солнечного света меняется в течение дня или сезона, зоопланктон направляется туда, где он может найти предпочтительные для себя условия освещения, что в конечном итоге означает его подъем или опускание в толще воды.

Особенно когда речь идет о самых верхних 20 метрах водной толщи, непосредственно под морским льдом, данные о зоопланктоне отсутствуют, — поясняет Флорес.

Но именно эта труднодоступная область наиболее интересна, поскольку именно в ней и подо льдом растут микроводоросли, которыми питается зоопланктон.

Для того чтобы снимать там показания, команда разработала и построила автономную биофизическую обсерваторию, которую пришвартовала подо льдом по окончании экспедиции MOSAiC с исследовательским ледоколом AWI Polarstern в сентябре 2020 года. Здесь, вдали от светового загрязнения, вызванного деятельностью человека, система могла непрерывно измерять интенсивность света подо льдом и перемещения зоопланктона.

На основе полученных данных мы определили крайне низкий критический уровень освещенности для зоопланктона: 0,00024 ватта на квадратный метр, — говорит исследователь AWI.

Затем мы ввели этот параметр в наши компьютерные модели для моделирования системы «море-лед». Это позволило нам спрогнозировать для ряда климатических сценариев, как изменится глубина этого уровня облученности к середине текущего столетия, если морской лед будет становиться все тоньше и тоньше в результате изменения климата.

Что обнаружили эксперты: Из-за неуклонного уменьшения толщины льда критический уровень облученности будет опускаться на большую глубину все раньше и раньше в течение года и возвращаться в поверхностный слой только все позже и позже в течение года. Поскольку зоопланктон принципиально остается в водах ниже этого критического уровня, его перемещения будут зеркально отражать эти изменения. Соответственно, в этих сценариях будущего они все дольше остаются на больших глубинах, а их время пребывания у поверхности подо льдом зимой становится все короче и короче.

В более теплом климате будущего лед будет образовываться позже осенью, что приведет к снижению производства ледяных водорослей, — поясняет Флорес.

Это, в сочетании с задержкой их подъема на поверхность, может привести к более частой нехватке пищи для зоопланктона в зимний период.

В то же время, если зоопланктон поднимается весной раньше, это может поставить под угрозу личинки экологически важных видов зоопланктона, обитающих на более глубоких уровнях, большее количество которых затем может быть съедено взрослыми особями.

В целом наше исследование указывает на ранее не замеченный механизм, который может еще больше снизить шансы арктического зоопланктона на выживание в ближайшем будущем, — заключает Флорес.

Если это произойдет, то это будет иметь фатальные последствия для всей экосистемы, включая тюленей, китов и белых медведей. Однако наше моделирование также показывает, что при достижении целевого показателя в 1,5 градуса Цельсия воздействие на вертикальную миграцию будет гораздо менее выраженным, чем при бесконтрольном росте выбросов парниковых газов. Таким образом, каждая десятая доля градуса антропогенного потепления, которого можно избежать, имеет решающее значение для арктической экосистемы.

28.08.2023