Новое исследование, опубликованное в Scientific Reports исследователями и их коллегами из Университета Делавэра, показывает, что 100 футов ниже поверхности океана являются критической глубиной для экологической активности в арктической полярной ночи - периоде почти непрерывной зимней тьмы.
Именно на этой глубине, по словам исследователей, атмосферный свет уменьшается в толще воды, и биолюминесценция морских организмов становится доминирующим источником света. Это также место значительных изменений в составе светящихся организмов, присутствующих в толще воды.
«Оказывается, что глубина примерно 100 футов является важной переходной зоной», - сказал Джонатан Коэн, доцент UD в Колледже Земли, океана и окружающей среды и соавтор статьи.
Исследовательская группа изучает, как много биологической активности происходит в арктической полярной ночи с 2012 года, когда Марк Молин из UD, директор Школы морской науки и политики, и его коллеги в Норвегии и Шотландии начали изучать морскую жизнь. справляется с постоянной зимней тьмой на Шпицбергене, Норвегия. До этого преобладала научная мысль, что пищевая сеть оставалась бездействующей во время полярной ночи.
Исследователи заявили, что биолюминесценция может помочь объяснить, как некоторые организмы питаются и поддерживают активность в период полярной ночи и как свет все еще может участвовать в экологических процессах даже во время темноты.
Проведение переклички
Один интересный вывод в текущем исследовании заключается в том, что по мере увеличения глубины количество биолюминесценции в толще воды увеличивалось, а состав сообщества зоопланктона менялся.
«По мере того, как вы погружаетесь глубже в воду, мы видим меньше динофлагеллят и больше копепод, криля и гребневиков, которые излучают более яркий биолюминесцентный свет», - сказал Коэн, присоединившийся к исследовательской группе в 2013 году.
Это изменение сообщества не связано с какими-либо физическими условиями воды, говорят исследователи. Скорее, это коррелирует с тем, что исследователи называют «глубиной компенсации биолюминесценции», точкой перехода, в которой атмосферный свет уменьшается в толще воды и берет верх биолюминесценция.
"Это указывает на функциональность биолюминесценции, структурирующей вертикальное распределение посредством поведения, возможно независимого от миграции", сказал Молин..
Это важное открытие, поскольку Баренцево море к югу от Шпицбергена, Норвегия, является домом для крупного рыболовства мирового значения. Рыбаки в регионе чрезвычайно заинтересованы в том, чтобы понять, как изменения в зоопланктоне, например веслоногих ракообразных, и доступность зоопланктона повлияют на коммерчески важные виды рыб, такие как треска и сельдь..
Исследователи знали из других исследований, что распределение зоопланктона и криля в толще воды увеличивалось на глубине около 100 футов.
Когда небо становится ярче в полдень в период полярной ночи, под водой для хищников доступно больше атмосферного света, чем ночью, поэтому морские организмы, такие как веслоногие, уходят ниже в толщу воды, где темнее. Мы хотели знаем, как этот свет взаимодействовал с биолюминесценцией, влияя на жизнь в толще воды», - сказал Коэн.
Исследователи впервые занялись этой проблемой, проведя измерения атмосферного света в 2014 и 2015 годах, а также измерив биолюминесценцию в воде. Это привело к более подробному изучению в 2015 году планктонных видов, излучающих свет. Наконец, они собрали все вместе, чтобы подумать о том, как биолюминесценция может быть источником света во время полярной ночи.
Затем аспирантка UD Хизер Кронин, работая с Коэном и Молином, создала то, что называется бюджетом фотонов или бюджетом света, чтобы измерить, сколько света исходит из атмосферы и сколько света исходит из самой воды с помощью организмы, светящиеся через биолюминесценцию.
Для количественной оценки количества биолюминесценции и определения того, какие морские организмы присутствовали, исследователи использовали насосную систему в толще воды, чтобы поместить организмы в специализированное устройство, оснащенное чувствительным измерителем освещенности.
По мере того как организмы попадали в устройство, турбулентность, создаваемая насосом, стимулировала животных люминесцировать или светиться. Используя кинетику люминесценции, или временной ход образования и рассеивания света, исследователи измерили, как интенсивность света внутри насоса менялась со временем, чтобы идентифицировать присутствующие морские виды.
«Каждый из люминесцентных морских организмов имеет уникальную световую подпись. Глядя на временные ряды света, генерируемого вспышкой внутри прибора, мы смогли определить, кто там производил вспышку», - объяснил Коэн. «Это полезный инструмент, особенно в это время года, когда обитает относительно мало видов».
Биолюминесценция, как известно, играет решающую роль, помогая морским организмам избегать хищников и даже прятаться на равнине. В то же время, продолжил Коэн, похоже, что криль и, возможно, рыбы используют дополнительный биолюминесцентный свет от копепод для поиска пищи.
«Из анализа содержимого кишечника мы знаем, что рыба и морские птицы активны и кормятся во фьордах Шпицбергена в полярную ночь», - пояснил Коэн. «Наши исследования показывают, что биолюминесцентный свет может быть одним из способов, которым они находят пищу в темноте».
Связь с изменением климата
Одной из надвигающихся проблем в сценариях изменения климата является потеря морского льда.
По словам Коэна, ученые только начинают осознавать, что изменение климата изменит световую среду, что повлияет на сроки цветения ледяных водорослей и фитопланктона, которые стимулируют весенний вегетационный период, и, возможно, даже заставят его произойти раньше. в году.
В Арктике, например, морской лед является частью того, что делает толщу воды темной. Таким образом, если глубина, на которой атмосферный свет переходит в биолюминесцентный, важна для структурирования сообщества зоопланктона и экологических взаимодействий между организмами, то понимание того, сколько атмосферного света будет присутствовать в толще воды с меньшим количеством морского льда, важно для понимания пищевой сети. динамика.
Новинка в работе команды заключается в сосредоточении внимания на приведении чисел и данных к процессам, происходящим непосредственно перед началом весеннего цикла. Следующим шагом будет проведение аналогичных измерений дальше от Шпицбергена, чтобы подтвердить свои выводы в открытом океане.
«Возможность измерить эту глубину перехода дает нам возможность наблюдать за сезонами и годами, что может иметь важные последствия для воздействия пищевой сети в быстро меняющейся Арктике», - сказал Коэн.