Какую часть антарктики называют морем водорослей

Саргассы – морские «пастбища» Северной Атлантики

Журнал №190, июль 2019

«Ни в одном другом океане нет ничего похожего, – уверен морской биолог Брайан Лапойнт. – Нигде больше на планете не найти такого разнообразия организмов прямо посреди океана – и все благодаря вот этой водоросли».

Лапойнт имеет в виду саргассы, давшие название Саргассову морю, области Атлантического океана. У этого моря нет четких границ: таковые тут определяются не береговыми линиями, а пятью крупными течениями, которые образуют круговорот в Атлантике к северу от экватора. Здесь, вдали от обширных участков суши, вода бедна питательными веществами, и оттого она очень чистая и необыкновенно голубая.

Саргассово море часто называют океанской пустыней – и это было бы справедливо, если бы не скопления плавучих водорослей.

На первый взгляд эти слизистые клубки могут показаться ничем не примечательными. Однако, как доказал своими исследованиями Лапойнт, саргасс – основа сложной экосистемы, дающей приют самым разным организмам: можно сказать, передвижное убежище, совмещенное с рестораном.

Лапойнт, работающий в Океанографическом институте Флоридского атлантического университета (Форт-Пирс), 30 с лишним лет прочесывал Саргассово море: изучал спутниковые снимки и наблюдал его «изнутри», погружаясь с аквалангом. Брайану хотелось выяснить, где саргассы зарождаются, как движутся, какие виды кормят и чем питаются сами, – то есть распутать все нити, которыми они связаны с другими формами жизни, от морских коньков до больших белых акул. Только узнав как можно больше об этом сложном сообществе, говорит Лапойнт, мы сможем защитить его от потенциальных угроз, таких как загрязнение и повышение кислотности океана.

Когда понадобится защита, разумеется.

В последние несколько лет СМИ если и пишут о саргассе, то, прямо скажем, вовсе не как о манне небесной, а как о биче божьем: груды этих водорослей загрязняют пляжи на островах Карибского моря и в Мексике. Никому больше не приходит в голову, что саргасс надо защищать, сетует Лапойнт. «Теперь всех волнует вопрос: как от него избавиться?»

Матросы на «Санта-Марии», каравелле Христофора Колумба, думали о том же. «Иногда водоросли становились такими густыми, что мешали кораблям плыть», – читаем мы в корабельном журнале запись за 20 сентября 1492 года. Первые европейцы, попавшие в эти воды, отмечали, что воздушные пузыри, удерживающие водоросли на поверхности, напоминают им гроздья ягод, которые они называли sargazo – отсюда и научное название.

Несколько видов саргасса растут и в богатых питательными веществами прибрежных областях обеих Америк, в частности в Мексиканском заливе. Однако именно Саргассово море уникально. Океанограф Сильвия Эрл, одна из специалистов, предложивших превратить его в первую в мире заповедную зону в открытом океане, сравнивает заросли саргасса с дождевым тропическим лесом, только эти джунгли не зеленые, а буроватые. Это вполне уместная метафора, поскольку саргасс образует на поверхности океана подобие лесного полога.

Спутанные локоны саргасса поддерживают жизнь великого множества разнообразных морских существ, которые укрываются среди них и питаются ими: мальки рыб (согласно недавнему исследованию, 122 вида), свежевылупившиеся из яиц морские черепахи, голожаберные моллюски, крабы, креветки и улитки. Экскременты этих животных, в свою очередь, служат источником питательных веществ для саргасса, как помет травоядных – для трав саванны. Животные покрупнее (например, взрослые рыбы и черепахи) находят среди водорослей много чего съедобного, а сами привлекают крупных хищников: спинорогов, лоботов, макрелей, каранксов, тунцов, колючих пеламид, марлинов и акул. А фаэтоны, буревестники, крачки, олуши и другие пернатые, которых можно встретить в открытом океане, отдыхают и кормятся на слоевищах.

Два наиболее распространенных в этом море вида саргасса – единственные многоклеточные водоросли, которые не начинают свое развитие на морском дне. Следствие жизни без якоря, руля и ветрил – полная зависимость этих полупрозрачных, то золотистых, то янтарных, водорослей от воли ветров и течений. Скопления саргасса могут занимать несколько квадратных километров, а могут быть не больше ладони. «Но даже в таких комочках обитают живые существа», – говорит Джим Фрэнкс.

Фрэнкс изучает саргассы в лаборатории Оушен-Спрингс, принадлежащей Университету Южного Миссисипи. Саргасс, по его словам, представляет собой одну из самых динамичных морских сред обитания, какие только можно себе представить: все его многочисленные обитатели должны приспосабливаться к тому, что дающие им приют «острова» то объединяются, то вновь расходятся.

Молва издавна связывает Саргассово море с тайнами и загадками. Моряки XVIII века называли эту часть Атлантического океана «конскими широтами», поскольку, как рассказывают, корабли порой попадали здесь в мертвый штиль, и, когда запасы пресной воды начинали подходить к концу, приходилось сбрасывать за борт лошадей (их брали на мясо). Кроме того, часть моря перекрывается загадочным Бермудским треугольником, где, если опять-таки обратиться к легендам, бесследно исчезают корабли и самолеты. Верите вы в эти легенды или нет, но сильнейшие впечатления в Саргассовом море вам в любом случае гарантированы.

Раз за разом мы совершали вылазки в поисках больших саргассовых «островов», но они как сквозь воду провалились. «Иногда этих водорослей нет и в помине, – поделился с нами один пожилой рыбак, – а на следующий день вы просыпаетесь и видите, что бухты и гавани буквально забиты ими».

В другие дни нам везло больше: мы ловили сетями скопления саргасса, искали там морских обитателей и бросали в ведра, чтобы фотограф Дэвид Лииттшвагер их отснял. Однажды, перевернув очередной клубок, я заметил похожее на лягушку существо с большим ртом и отростками как у водоросли на теле. Это был саргассовый морской клоун – одно из доброго десятка животных, приспособившихся притворяться саргассом. Рыбка вцепилась в слоевище крошечными плавниками и была почти невидима. Когда в ведро бросили другую рыбку, морской клоун немедленно раскрыл большой рот и заглотил ее.

Той ночью я остался сидеть с Лиитшвагером, фотографировавшим дневную добычу. В одном клубке саргасса размером с футбольный мяч мы насчитали 900 мальков, 30 рачков-бокоплавов, 50 улиток, четыре актинии, двух плоских червей, шесть крабов, 20 креветок, семь голожаберных моллюсков, более тысячи сидячих червей в известковых трубочках, множество мшанок, малюсеньких веслоногих ракообразных и прочий планктон, который было почти невозможно исчислить.

«Здесь не менее трех тысяч живых существ, видимых невооруженным глазом! – изумился Лииттшвагер, когда мы закончили составлять опись. – Точнее, глазом, вооруженным моими очками для чтения».

(Саргассовый океанариум: Фотограф Дэвид Лииттшвагер запечатлел множество живых существ, обитающих среди саргассов в Мексиканском заливе и вблизи Бермудских островов. Выше – лишь некоторые из его «портретов».

1. Саргассовый морской клоун 2. Осьминог обыкновенный 3. Гавайская каталуфа 4. Веслоногий рачок 5. Абудефдуф обыкновенный 6. Длинноиглая рыба-еж 7. Голожаберный моллюск Scyllaea pelagica 8. Малек сумеречной рыбы-белки 9. Малек желтой морокоты 10. Малек золотистой макрели 11. Малек длинноиглой рыбы-еж 12. Малек большой корифены 13. Разнохвостый длиннокрыл (летучая рыба) 14. Краб Pachygrapsus transversus)

Усилия Лапойнта, желающего поведать всем о том, какие удивительные и полезные это водоросли, сводит на нет нашествие саргассов в Мексиканском заливе, Карибском море, у берегов Бразилии и даже Западной Африки: саргасс душит мангровые рощи, оплетает рифы, забивает бухты, заваливает пляжи.

«Когда чего-то хорошего слишком много, это тоже плохо, – говорит Лапойнт. – Весь кислород расходуется на окисление отмершей органики, и вода начинает вонять». За последние годы на пляжи Мартиники и Гваделупы вынесло столько саргасса, что он образовал трехметровые кучи. «Тамошние жители говорят мне, что, если это не прекратится, придется закрывать курорты», – говорит Лапойнт. А на Тринидаде и некоторых других карибских островах местные жители вынуждены бросать дома и переезжать, чтобы не подвергаться воздействию ядовитого сероводорода, выделяющегося при гниении водорослей.

Никто точно не знает, отчего случаются эти всплески роста. По мнению Лапойнта, в результате глобального потепления, возможно, меняются океанские течения, которые и разносят саргассы от Западной Африки до Бразилии. Согласно другой гипотезе, богатая фосфором пыль из Сахары, которую ветры раньше переносили через Атлантику в Америку, теперь падает в океан, удобряя «луга» в открытом море. Однако основной причиной, возможно, стал сток азотных удобрений из сельскохозяйственных районов США по Миссисипи в Мексиканский залив.

«Вся эта система слишком сложна, чтобы полностью ее понять, – говорит Лапойнт, – но, похоже, дело именно в этом: вы обнаруживаем следы азота, и они ведут в Соединенные Штаты».

Какие привычки достались кошкам от диких предков?

Источник

Ледяные водоросли — Ice algae

Ледяные водоросли — это любой из различных типов водорослевых сообществ, встречающихся в однолетних и многолетних морских или наземных льдах. На морском льду в полярных океанах сообщества ледяных водорослей играют важную роль в первичной продукции . Сроки цветения водорослей особенно важны для поддержания более высоких трофических уровней в периоды года, когда освещенность низкая и ледяной покров все еще существует. Сообщества водорослей морского льда в основном сконцентрированы в придонном слое льда, но могут также встречаться в солевых каналах внутри льда, в талых прудах и на поверхности.

Поскольку наземные ледяные водоросли встречаются в пресноводных системах, видовой состав сильно отличается от такового у морских ледяных водорослей. Эти сообщества важны тем, что они часто меняют цвет ледников и ледяных щитов, влияя на отражательную способность самого льда.

СОДЕРЖАНИЕ

Морские ледяные водоросли

Адаптация к среде морского льда

Микробная жизнь морского льда чрезвычайно разнообразна и включает множество водорослей, бактерий и простейших. В частности, водоросли доминируют в симпатической среде: по оценкам, более 1000 одноклеточных эукариот связаны с морским льдом в Арктике. Состав и разнообразие видов зависят от местоположения, типа льда и освещенности . В целом, распространены пеннатные диатомовые водоросли, такие как Nitschia frigida (в Арктике) и Fragilariopsis cylindrus (в Антарктике). Melosira arctica , которая образует волокна длиной до метров, прикрепленные ко дну льда, также широко распространена в Арктике и является важным источником пищи для морских видов.

Хотя сообщества морских ледяных водорослей встречаются по всей толще морского льда, их численность и состав сообщества зависят от времени года. Водорослям на морском льду и внутри него доступно множество микродисперсных мест обитания, и разные группы водорослей имеют разные предпочтения. Например, в конце зимы / начале весны было обнаружено , что подвижные диатомовые водоросли, такие как N. frigida , доминируют в самых верхних слоях льда, насколько далеко достигают соленые каналы, и их численность больше в многолетнем льду (MYI), чем в однолетний лед (FYI). Кроме того, было обнаружено, что динофлагелляты преобладают ранней южной весной во льдах Антарктики.

Сообщества водорослей морского льда также могут процветать на поверхности льда, в поверхностных талых прудах и в слоях, где происходил рафтинг . В плавильных прудах преобладающие типы водорослей могут варьироваться в зависимости от солености пруда, при этом более высокие концентрации диатомовых водорослей обнаруживаются в талых прудах с более высокой соленостью. Из-за их адаптации к условиям низкой освещенности присутствие ледяных водорослей (в частности, вертикальное положение в пакете льда) в первую очередь ограничивается доступностью питательных веществ. Самые высокие концентрации обнаруживаются у основания льда, поскольку пористость этого льда способствует проникновению питательных веществ из морской воды.

Чтобы выжить в суровых условиях морского льда, организмы должны выдерживать экстремальные колебания солености, температуры и солнечной радиации. Водоросли, живущие в солевых каналах, могут выделять осмолиты , такие как диметилсульфониопропионат (ДМСП), что позволяет им выжить в условиях высокой солености в каналах после образования льда зимой, а также в условиях низкой солености, когда относительно пресная талая вода промывает каналы весной. и лето.

Некоторые виды морских ледяных водорослей выделяют связывающие лед белки (IBP) в виде гелеобразного внеклеточного полимерного вещества (EPS) для защиты клеточных мембран от повреждений в результате роста кристаллов льда и циклов замораживания-оттаивания. EPS изменяет микроструктуру льда и создает дополнительную среду обитания для будущего цветения. Водоросли, обитающие на поверхности, производят специальные пигменты, предотвращающие повреждение от резкого ультрафиолетового излучения . Более высокие концентрации пигментов ксантофилла действуют как солнцезащитный крем, который защищает ледяные водоросли от фотоповреждений, когда они подвергаются разрушающему уровню ультрафиолетового излучения при переходе от льда к водяному столбу весной. Сообщается, что водоросли под толстым льдом демонстрируют одну из самых экстремальных адаптаций к низкой освещенности, когда-либо наблюдавшихся. Чрезвычайная эффективность использования света позволяет морским ледяным водорослям быстро накапливать биомассу при улучшении условий освещения в начале весны.

Роль в экосистеме

Ледяные водоросли играют решающую роль в первичной продукции и служат частью основы полярной пищевой сети, превращая углекислый газ и неорганические питательные вещества в кислород и органические вещества посредством фотосинтеза в верхних слоях океана как в Арктике, так и в Антарктике. В пределах Арктики оценки вклада морских ледяных водорослей в общую первичную продукцию колеблются от 3-25% до 50-57% в высокогорных районах Арктики. Морские ледяные водоросли быстро накапливают биомассу, часто в основании морского льда, и растут, образуя водорослевые маты , которые потребляются амфиподами, такими как криль и веслоногие рачки . В конечном итоге эти организмы поедаются рыбами, китами, пингвинами и дельфинами. Когда сообщества морских ледяных водорослей отделяются от морского льда, их поедают пелагические травоядные, такие как зоопланктон, когда они тонут в толще воды, и бентические беспозвоночные, когда они оседают на морском дне. Морские ледяные водоросли в качестве пищи богаты полиненасыщенными и другими незаменимыми жирными кислотами и являются исключительным продуцентом некоторых незаменимых жирных кислот омега-3 , которые важны для производства яиц копепод , вылупления яиц, а также роста и функционирования зоопланктона.

Временная вариация

Время цветения морских ледяных водорослей оказывает значительное влияние на всю экосистему. Начало цветения в первую очередь контролируется возвращением солнца весной (т. Е. Солнечным углом). Из-за этого цветение ледяных водорослей обычно происходит до цветения пелагического фитопланктона , который требует более высокого уровня освещенности и более теплой воды. В начале сезона, до таяния льда, морские ледяные водоросли представляют собой важный источник пищи для более высоких трофических уровней . Однако общий процент, который водоросли морского льда вносят в первичную продукцию данной экосистемы, сильно зависит от степени ледяного покрова. Толщина снега на морском льду также влияет на время и размер цветения ледяных водорослей, изменяя светопропускание. Эта чувствительность к льду и снежному покрову может вызвать несоответствие между хищниками и их источником пищи, морскими ледяными водорослями, в экосистеме. Это так называемое соответствие / несоответствие применялось к множеству систем. Примеры были замечены во взаимосвязи между видами зоопланктона , которые полагаются на морские ледяные водоросли и фитопланктон в качестве пищи, и молодью минтая в Беринговом море.

Инициализация Bloom

Считается, что цветение морских ледяных водорослей начинает свой годовой цикл несколькими способами, и гипотезы об этом варьируются в зависимости от глубины водного столба, морского ледникового периода и таксономической группы. Там, где морской лед покрывает глубоководный океан, предполагается, что клетки, застрявшие в многолетних карманах ледяной рассолы, повторно соединяются с водным слоем ниже и быстро колонизируют близлежащие льды всех возрастов. Это известно как гипотеза о многолетнем хранилище морского льда . Этот источник посева был продемонстрирован у диатомовых водорослей, которые доминируют в цветках симпагических растений . Было показано, что другие группы, такие как динофлагелляты , которые также цветут весной / летом, поддерживают низкое количество клеток в самой толще воды и не зимуют в основном во льду. Там, где морской лед покрывает более мелкий океан, может происходить ресуспендирование клеток из осадка.

Последствия изменения климата

Изменение климата и потепление в регионах Арктики и Антарктики могут значительно изменить функционирование экосистем. Ожидается, что уменьшение ледяного покрова в полярных регионах уменьшит относительную долю производства морских ледяных водорослей по сравнению с показателями годовой первичной продукции. Утончение льда позволяет увеличить продуктивность в начале сезона, но раннее таяние льда сокращает общий вегетационный период морских ледяных водорослей. Это таяние также способствует стратификации водной толщи, которая изменяет доступность питательных веществ для роста водорослей, уменьшая глубину поверхностного смешанного слоя и препятствуя подъему питательных веществ из глубинных вод. Ожидается, что это вызовет общий сдвиг в сторону производства пелагического фитопланктона. Изменения в объеме многолетнего льда также окажут влияние на функцию экосистемы с точки зрения корректировки источника засева цветения. Уменьшение MYI, временного рефугиума, в частности, для диатомовых водорослей, вероятно, изменит состав симпагического сообщества, что приведет к инициализации цветения, которое происходит от видов, которые вместо этого зимуют в толще воды или отложениях.

Поскольку морские ледяные водоросли часто являются основой пищевой сети, эти изменения имеют значение для видов с более высоким трофическим уровнем. Циклы воспроизводства и миграции многих полярных первичных потребителей приурочены к цветению морских ледяных водорослей, а это означает, что изменение времени или места первичной продукции может изменить распределение популяций добычи, необходимое для основных ключевых видов. Сроки производства также могут быть изменены из-за таяния поверхностных водоемов с таянием морской воды внизу, что может изменить среду обитания морских ледяных водорослей в конце вегетационного периода таким образом, чтобы повлиять на пастбищные сообщества по мере приближения к зиме.

Производство ДМСП морскими ледяными водорослями также играет важную роль в углеродном цикле . ДМСП окисляется другим планктоном до диметилсульфида (ДМС), соединения, которое связано с образованием облаков. Поскольку облака влияют на осадки и количество солнечной радиации, отраженной обратно в космос ( альбедо ), этот процесс может создать петлю положительной обратной связи. Облачный покров увеличит инсоляцию, отражаемую атмосферой обратно в космос, потенциально помогая охлаждать планету и поддерживать больше полярных местообитаний для морских ледяных водорослей. Начиная с 1987 года исследования показали, что потребуется удвоение ядер конденсации облаков , одним из которых является ДМС, чтобы противодействовать потеплению из-за повышения концентрации CO _{2 в} атмосфере .

Ледяные водоросли как индикатор палеоклимата

Морской лед играет важную роль в глобальном климате. Спутниковые наблюдения за протяженностью морского льда датируются только концом 1970-х годов, а данные долгосрочных наблюдений носят спорадический характер и не имеют достоверной достоверности. В то время как палеоклиматология наземных льдов может быть измерена непосредственно через ледяные керны, исторические модели морского льда должны полагаться на прокси.

Организмы, обитающие на морском льду, в конечном итоге отделяются ото льда и падают через толщу воды, особенно когда морской лед тает. Часть материала, которая достигает морского дна, закапывается до того, как будет потреблена, и, таким образом, сохраняется в осадочных записях .

Существует ряд организмов, значение которых в качестве индикаторов наличия морского льда было исследовано, включая определенные виды диатомовых водорослей, цисты динофлагеллат , остракод и фораминифер . Изменение изотопов углерода и кислорода в керне отложений также можно использовать для заключения о протяженности морского льда. У каждого прокси есть свои преимущества и недостатки; например, некоторые виды диатомовых водорослей, которые являются уникальными для морского льда, очень многочисленны в отчетах об отложениях, однако эффективность сохранения может варьироваться.

Наземные ледяные водоросли

Водоросли также встречаются на наземных ледяных покровах и ледниках. Виды, встречающиеся в этих средах обитания, отличаются от видов, связанных с морским льдом, потому что это пресноводная система. Даже в пределах этих местообитаний существует большое разнообразие типов местообитаний и сообществ водорослей. Например, криосостояния встречаются на поверхности ледников, где в течение дня периодически тает снег. Были проведены исследования ледников и ледяных щитов по всему миру, и было идентифицировано несколько видов. Однако, хотя, кажется, существует широкий спектр видов, они не были обнаружены в равных количествах. Самыми многочисленными видами, обнаруженными на различных ледниках, являются Ancyonema nordenskioldii и C. hlamydomonas nivalis .

Таблица 1. Видовой состав водорослей в исследованиях ледников и ледникового покрова

Род	Разновидность	Источник
Мезотениум	брегрении
Анцилонема	Nordenskioldii
Цилиндроцистис	brebissonii
Хламидомонада	нивалис
Фромидемис	Priestleyi
Осцилляторные	цианобактерии
Chlorooceae	цианобактерии
Chroococcaceae	цианобактерии
Хлоропластида
Хлоромонады	полиптеры
Хламидомонада	альпина
Хламидомонада	Tughillensis

Последствия для изменения климата

Скорость таяния ледников зависит от альбедо поверхности . Недавние исследования показали, что рост водорослей приводит к затемнению местных условий поверхности, уменьшению альбедо и, таким образом, увеличению скорости таяния на этих поверхностях. Таяние ледников и ледяных щитов напрямую связано с повышением уровня моря . Второй по величине ледяной щит — это Гренландский ледяной щит, который отступает с угрожающей скоростью. Повышение уровня моря приведет к увеличению как частоты, так и интенсивности штормов.

При устойчивых ледяных покровах и снежном покрове наземные ледяные водоросли часто окрашивают лед из-за дополнительных пигментов, широко известных как « арбузный снег ». Темные пигменты в структуре водорослей увеличивают поглощение солнечного света, что приводит к увеличению скорости таяния. Было показано, что цветение водорослей появляется на ледниках и ледяных щитах после того, как снег начинает таять, что происходит, когда температура воздуха превышает точку замерзания в течение нескольких дней. Обилие водорослей меняется в зависимости от сезона, а также пространственно на ледниках. Их численность наиболее высока в период таяния ледников в летние месяцы. Изменение климата влияет как на начало сезона таяния, так и на продолжительность этого периода, что приведет к увеличению роста водорослей.

Петля обратной связи между льдом и альбедо (SAF)

По мере того, как лед / снег начинает таять, площадь ледяного покрова уменьшается, что означает, что обнажается более высокая часть суши. Земля подо льдом имеет более высокий уровень поглощения солнечной энергии из-за того, что она менее отражающая и более темная. Тающий снег также имеет более низкое альбедо, чем сухой снег или лед из-за его оптических свойств, поэтому, когда снег начинает таять, альбедо уменьшается, что приводит к большему таянию снега, и петля продолжается. Эта петля обратной связи называется петлей обратной связи «лед-альбедо». Это может резко повлиять на количество таяния снега каждый сезон. Водоросли играют роль в этой петле обратной связи, уменьшая уровень альбедо снега / льда. Этот рост водорослей был изучен, но его точное влияние на уменьшение альбедо до сих пор неизвестно.

В рамках проекта Black and Bloom проводятся исследования для определения количества водорослей, способствующих потемнению ледяного щита Гренландии, а также влияния водорослей на скорость таяния ледяных щитов. Важно понимать, в какой степени водоросли изменяют альбедо ледников и ледяных щитов. Как только это станет известно, его следует включить в глобальные климатические модели, а затем использовать для прогнозирования повышения уровня моря.

Источник