О лаборатории
Лаборатория структуры и динамики планктонных сообществ
До мая 2007 года Лабораторией руководил выдающийся ученый, старейший сотрудник нашего Института, доктор биологических наук, профессор, действительный член Российской Академии Наук Михаил Евгеньевич Виноградов (на фото справа) .
В настоящее время Лабораторией руководит доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент Российской Академии Наук Александр Леонидович Верещака.
Основной проблемой, разрабатываемой Лабораторией, является изучение закономерностей динамики структурно-функциональных характеристик экосистем пелагиали морских и океанических акваторий и их изменчивости под влиянием климатических и антропогенных воздействий.
В результате должны быть получены оценки биопродуктивности океана и отдельных морей, вскрыты механизмы ее формирования, а также региональной и временной изменчивости как базы для стратегического планирования изъятия биоресурсов, получение оценок влияния биоты на обмен между океаном и атмосферой различных, в том числе и парниковых газов; предложены наиболее эффективные базовые принципы мониторинга окружающей среды и выявление ее изменений, связанных с климатическими и антропогенными факторами.
В течение последних 10 лет лабораторией разрабатывались пять основных задач.
1. Исследование динамики экосистем океана.
На основании разработанных в лаборатории методов структурно-функционального анализа пелагических сообществ, при широком использовании спутниковой информации и результатов проведенных ранее в различные районы океана экосистемных рейсов получить обоснование оценки величины первичной продукции океана, величины гетеротрофной деструкции и запасов фито- и зоопланктона, величины потоков детрита (Сорг) из фотического слоя в глубины океана и многолетней и сезонной изменчивости этих величин.
По этому направлению получены оценки годовой глобальной величины первичной продукции фотосинтеза (~ 100.109т С/год) и ее сезонных изменений. Впервые было показано, что первичная продукция изменяется по сезонам в различных климатических зонах таким образом, что ее общая величина для всего в течение года океана остается практически постоянной. Этот "гомеостаз" продуктивности океана имеет большое значение для общих биосферных экологических и климатических построений. Впервые удалось, определив независимыми методами величины первичной продукции органического вещества и его гетеротрофной деструкции, свести "ножницы" этих величин, что подтвердило адекватность полученных оценок. Было проведено районирование океана по величинам продуктивности и другим структурно-функциональным характеристикам пелагических сообществ.
Выявление корреляционных отношений между полученными со спутников данных о концентрации хлорофилла по акватории океана и различными параметрами экосистем эпипелагиали, определенными в экосистемных рейсах, позволяет на основании спутниковых данных проводить оценку продукции и биомасс различных компонентов эпипелагических сообществ.
2. Роль биоты в углеродном цикле океана.
В результате процессов фотосинтеза в фотическом слое океана и жизнедеятельности биоты углерод растворенного в воде углекислого газа входит во вновь образованное органическое вещество тел животных и растений. Отмирая, морские организмы уносят органический углерод из поверхностного слоя в глубины океана, где органическое вещество вновь минерализуется или захоранивается в осадках. Действует своеобразный "биологический насос", уводящий углерод из поверхностных слоев, благодаря чему в них понижается парциальное давление СО2 и парниковый углекислый газ поступает из атмосферы в океан. Если имеется в виду, что в океане находится 98% планетного СО2, а в атмосфере - только 2%, то важнейшая роль этого процесса делается очевидной.
Количественный анализ этого сложного процесса дает возможность оценить климатообразующие и биопродукционные его грани. В лаборатории получены необходимые для анализа количественные оценки величин первичной продукции и потока органического вещества (детрита) из поверхностной фотической зоны в глубины океана. Построены карты временной изменчивости величины первичной продукции в океане и впервые даны ее обоснованные оценки для арктических морей. На основе структурно-функционального анализа динамики планктонных сообществ рассчитаны потоки детрита в различных по продуктивности районах океана. Таким образом, количественно оценены важнейшие компоненты углеродного цикла, выяснена их пространственная и, отчасти, временная изменчивость.
3. Взаимодействие планктонных сообществ во фронтальных зонах.
Фронтальные зоны - районы контакта различных по генезису вод - в значительной степени определяют процессы, развертывающиеся на обширных пространствах океана. В результате процессов сложных взаимодействий контактирующих в зонах фронтов биологических сообществ происходит их закономерная трансформация и резко возрастает продуктивность высших звеньев трофических цепей - главным образом крупного зоопланктона и планктоноядных рыб.
Сотрудниками лаборатории были изучены процессы взаимодействия сообществ во фронтальных зонах Перуанского апвеллинга, Восточных пограничных течений Тихого океана, Южной субтропической фронтальной зоны в Тихом океане, эстуарных фронтов сибирских рек Обь и Енисей и фронта между Гольфстримом и Лабрадорским течением. Большинство из них являются важными промысловыми районами. Были выяснены и количественно оценены механизмы формирования повышенной продуктивности во фронтальных зонах от поверхностных до глубинных слоев. Были обнаружены скопления кормовых животных, служащих пищевой базой промысловых рыб и обоснованы возможные районы промысла.
4. Динамика экосистемы Черного моря и ее изменение под влиянием различных форм антропогенного воздействия и климатических флуктуаций.
В течение последних 10 лет экосистема Черного моря находится в критическом состоянии, главным образом из-за проникновения вселенца хищного гребневика - мнемиопсиса. Его действие на черноморские сообщества и наступившая в силу этого редукция промысла планктоноядных рыб (убыток - более 350 млн.$) сделало необходимым детальное исследование экосистем с целью прогнозирования их дальнейшего изменения и возможностей восстановления. Лаборатория провела детальный многолетний мониторинг развития популяции мнемиопсиса.
Вселение в Черное море другого гребневика (берое), поедающего мнемиопсиса, создало в Черном море своеобразные "качели" этих двух видов, что характерно для многих морских регионов. Была проведена оценка тех климатических флуктуаций, которые привели к массовому развитию берое, а детальное исследование популяционной динамики обоих видов послужило базой для прогнозирования дальнейшего развития экосистемы и возможностей восстановления промысла массовых пелагических рыб.
5. Продуктивность гидротермальных экосистем.
Одной из важных задач лаборатории было исследование особенностей функционирования, продуктивности и воздействия на окружающее пространство океана гидротермальных экосистем. Последние, как известно, существуют на основе энергии хемосинтеза (а не фотосинтеза) и служат независимым продуцентом органического углерода в океане.
Были изучены адаптивные особенности массовых гидротермальных животных (на примере гидротерм Срединно-атлантического хребта) к использованию хемосинтеза тионотрофных и метанотрофных бактерий. Была показана трехмерность гидротермальных экосистем и установлена их энергетическая квазизамкнутость. Было показано, что очень высокая биологическая продукция гидротермальных сообществ в основном потребляется внутри них самих, а их воздействие на планктон окружающего пространства океана пренебрежимо мало.
Кроме того, в лаборатории разрабатывался еще целый ряд более мелких, но важных тем, как, например, исследования влияния загрязнения на фитопланктон Балтийского моря; сезонная динамика функционирования сообществ арктических морей и т.д. Большое внимание уделялось разработке математических моделей функционирования экосистем различных морей и районов океана и популяционной динамике массовых видов, играющих ключевую роль в функционировании сообществ.
В лаборатории проводятся регулярные коллоквиумы (семинары), где прослушиваются доклады по различным проблемам существования и развития экосистем пелагиали океана.
