При наличии от 10 000 до 20 000 различных видов в Мировом океане разнообразие видов фитопланктона (phyto от греческого слова «растение») чрезвычайно велико. Этот фитопланктон является ключевым элементом океанских экосистем и жизни на этой планете, производя больше кислорода, чем все тропические леса мира вместе взятые. Они также служат фундаментальной основой морской пищевой цепи.
На сегодняшний день, однако, очень мало известно о географическом и сезонном разнообразии фитопланктона. Хотя многие виды фитопланктона были идентифицированы, вопрос о том, когда и где они встречаются, в значительной степени не изучен; в свете нынешнего кризиса биоразнообразия это представляет собой серьезный пробел в знаниях.
В начале мая Межправительственная платформа по биоразнообразию и экосистемным услугам заявила в своем последнем отчете, что миллион всех известных видов на земле находятся под угрозой исчезновения в результате деятельности человека и изменения климата. Однако для многих важных видов, особенно видов мельчайшей формы морской жизни, планктона, наши знания об их распространении и разнообразии остаются недостаточными или отсутствуют по сей день.
Теперь группа исследователей из ETH Zurich и Швейцарского федерального института исследований леса, снега и ландшафта WSL частично восполнила этот пробел в знаниях. В исследовании, недавно опубликованном в журнале Science Advances, они смоделировали пространственное и временное распределение более 530 различных видов фитопланктона. В качестве основы для своих карт распределения они использовали около 700 000 проб воды со всего Мирового океана.
Биоразнообразие тропических морей
Их исследование показывает, что тропические воды содержат богатейшее разнообразие видов во все времена года. Разнообразие фитопланктона особенно велико в морях Индонезийско-Австралийского архипелага, в некоторых частях Индийского океана и в экваториальной части Тихого океана. В субтропиках биоразнообразие заметно снижается за пределами 30 градусов северной и южной широты, достигая самых низких значений около 55 градусов широты. Затем разнообразие снова немного увеличивается по направлению к полюсам.
«Мы были удивлены, обнаружив, что ежемесячно полярные моря представляют большее разнообразие, чем средние широты», - говорит Дамиано Ригетти, ведущий автор исследования. Он является аспирантом профессора ETH Николаса Грубера и старшего научного сотрудника Майке Фогт. «Это замечательно, потому что глобальное распространение и разнообразие видов обычно тесно связаны с тенденциями изменения температуры окружающей среды».
Разнообразие видов обычно непрерывно уменьшается по направлению к полюсам, где оно обычно минимально. Температура, вероятно, может быть прямой причиной этого снижения. Согласно метаболической теории, более высокие температуры ускоряют обмен веществ, мутации генетического материала и видообразование. Это объясняет, почему тропики богаче видами, чем средние широты и полярные районы, как и следовало ожидать.
Удивительно низкое биоразнообразие в средних широтах
Исследование показывает, что фитопланктон не всегда ведет себя в соответствии с этой теорией. «Очевидно, что на разнообразие планктона влияют и другие факторы, помимо температуры», - говорит Ригетти. Двумя из них могут быть сильные течения и турбулентность, которые преобладают в средних широтах, но в меньшей степени в полярных или тропических морях. «Сезонные колебания и турбулентность океана в этих широтах могут подавлять развитие биоразнообразия, хотя температуры здесь выше, чем в полярных океанах», - говорит эколог.
Ригетти и его коллеги также обнаружили, что разнообразие фитопланктона в средних широтах, в отличие от тропиков, сильно меняется от сезона к сезону. Ригетти поясняет, что, хотя количество видов в средних широтах постоянно во времени, видовой состав меняется в течение года: «В отличие от тропических морей, разнообразие здесь динамично в течение года, но вряд ли какие-либо исследования было сделано на этом."
Образцы, отобранные на маршрутах доставки
Работая с адъюнкт-профессором ETH Никлаусом Циммерманном и другими коллегами из WSL, Ригетти разработал компьютерную модель для картирования разнообразия распределения фитопланктона. Они добавили в эту модель данные наблюдений и использовали их для прогнозирования местонахождения каждого вида с временным разрешением в один месяц..
Данные наблюдений были получены из проб воды, собранных во время исследовательских поездок, а также с обычных судоходных маршрутов. Впоследствии специалисты по фитопланктону изучили образцы под микроскопом, чтобы определить, какие виды в них содержатся. Со временем в ходе этих исследовательских экспедиций было собрано огромное количество данных наблюдений за несколькими тысячами различных видов. Затем Ригетти и его коллеги собрали доступные данные в базу данных и проанализировали их.
Однако следует отметить, что отбор проб не был равномерно распределен по океанам и во многих регионах не охватывал все сезоны. Благодаря британским исследователям Северная Атлантика очень хорошо представлена, но очень мало данных о больших частях других океанов. Исследователи ETH компенсировали это искажение в своих моделях.
Их работа важна во многих отношениях. Мало того, что карты их распространения являются первыми картами фитопланктона; их модели также можно использовать для прогнозирования того, как разнообразие фитопланктона может развиваться при изменении температурных условий. Более теплые воды в результате изменения климата могут изменить распределение фитопланктона. «В свою очередь, это может оказать серьезное влияние на всю морскую пищевую цепочку», - говорит Ригетти.